Framstegen med kameratekniken i dagens telefoner gör att de till stor del ersatt våra vanliga kameror. Nu har vi börjat bygga en app för att räkna årsringar på borrkärnor på din iPhone men först måste vi undersöka kamerans möjligheter och begränsningar för att förstå hur vi kan göra det på bästa sätt.
För att få bra bilder på borrkärnan behöver de vara:
- Skarpa
- Hög upplösning
- Ha jämn belysning
Genom att ha många skarpa pixlar per mm och ha en borrkärna med jämn belysning så kommer vi att få bra underlag för att senare räkna årsringarna.
| Telefon | Lins | Fokusavstånd (observerad) | Fokusavstånd (Apple) | Bländare | FoV | Pixel per mm (observerad) | Pixel per mm (Apple) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| iPhone 13 Pro | Ultravidvinkel | - | 20 mm | 1.8 | 101,9 | 89,6 | 96,0 |
| Vidvinkel | 150 mm | 1.5 | 67,1 | 33,6 | 21,5 | ||
| Tele | -- | 2.8 | 25,2 | 25,2 | 15,1 |
||
| iPhone 12 Pro Max | Ultravidvinkel | Inte skarp nära | -- | 2.4 | 102,9 | - | - |
| Vidvinkel | 120 | 150 | 1.6 | 67,7 | 32,3 | 21,5 | |
| Tele | Svårt att komma nära | 2.2 | 30,1 | 32,3 | 15,1 | ||
| iPhone 12 Pro | Ultravidvinkel | Inte skarp nära | - | 2.4 | 102,9 | - | - |
| Vidvinkel | 100 | 120 | 1.6 | 67,1 | 40,3 | 26,8 | |
| Tele | Svårt att komma nära | 2.0 | 37,0 | - | - | ||
| iPhone 11 | Ultravidvinkel | Inte skarp nära | -- | 2.4 | 102,9 | - | - |
| Vidvinkel | 120 | 1.8 | 66,48 | 43 | 27,1 | ||
| iPhone XR | Vidvinkel | 120 | 1.8 | 36 | |||
| iPhoneSE2 | Vidvinkel | 100 | 1.8 | ||||
| iPhone7 | Vidvinkel | 100 | 1.8 | 58,98 | 44,3 | 37,2 |
Tabell 1. Kameraspecifikationer för olika iPhone-modeller. Resultatet är tagna från officiell specifikationer, data från Apples API:er och egna observationer med kamera-appen Halide, en kamera-app som verkligen kan rekommenderas.
Generellt kan man säga att vidvinkelkamerorna är bästa att använda förutom möjligtvis ultravidvinkelkameran på iPhone 13 Pro. Antal pixlar per mm för vidvinkelkamerorna har inte blivit bättre med tiden när man ser på tabell 1. Exempelvis var antalet pixlar per mm bättre iPhone 7 än iPhone 13 Pro.
Dock har kvaliteten på bilderna blivit betydligt bättre under senare år, det är stor skillnad på bilderna från exempelvis iPhone 7 och 11 (se exempel längst ner på sidan). Det är som sagt skillnad på pixlar och pixlar. Vi har fått betydligt bättre bilder på nyare telefoner, men har samma 12 megapixels upplösning.
En intressant tillbakablick är att titta på antalet pixlar per millimeter i tabell 1 och jämföra det mot pixel per mm i Kristins Norell avhandling (2010) där hon hade en upplösning på cirka 3,3 pixlar per mm. Hon lyckades räkna årsringar med den upplösningen så det känns lovande för detta projekt.
Om man fotograferar med vidvinkelkameran så kan man ta bilder som är mellan 90-120 mm breda om man vill ha maximal upplösning. Då kan man fotografera av träd med diametrar på cirka 20 cm eftersom borrkärnan bara har längden av radien på trädet. För att fotografera träd med större diameter så måste man sammanfoga flera bilder med överlapp.
Vi har testat att fota en gammal borrkärna med olika telefoner och vi ser en skillnad i kvalitet mellan iPhone 7,8 och iPhone 11. Vidvinkelobjektiven från 11:an och framåt verkar producera riktigt bra bilder. Vi hade en något sämre bild från iPhone 13 Pro,12 Pro Max än från 11:an och 12 Pro. Det kan bero på att pixel per millimeter är lägre för vidvinkelkameran i dessa telefoner..
Det blir bra upplösning när man fotar med ultravidvinkelkameran på iPhone 13 Pro, men då uppstår en utmaning med oskärpa i ytterkanterna och skuggning av borrkärnan från kameran.
Vi kommer att försöka lösa den utmaningen, men det kan hända att vi inte löser det i den första versionen av appen.
Just nu verkar det som du får bäst bilder på borrkärnor med 11, 12, 12 mini, 12 Pro,13 och 13 mini. Men vi tror att alla telefoner som är iPhone XR eller nyare kommer att ge bra resultat.
Vi har följande utmaningar när vi gör kamerafunktionen i appen:
- Se till att vi får skarpa bilder. Om användaren går innanför närgränsen måste den bli uppmärksammad.
- Vinjettering och oskärpa i ytterkanterna, kan vi använda hela bilden eller måste vi främst använda mitten av bilden?
- Sammanfoga flera bilder till en bild på borrkärnan eftersom det måste fungera på träd i olika storlekar
Prenumerera på nyheter om årsringsmätaren
Makrofoto på iPhone 13
Den senaste generationens iPhone har ett makroläge som gör att man kan fota väldigt nära. Det är möjligt genom en kombination av att ultravidvinkelkameran kan fota på 20 mm avstånd från objektet och genom en AI-teknik för att göra bilderna skarpa. När man fotar på 20 mm avstånd så skymmer man ofta ljuskällan och det är svårt att få jämn belysning på objektet. AI-tekniken som gör bilderna skarpare är en teknik som heter ”Super-resolution imaging”. Genom att träna ett neuralt nätverk på skarpa bilder som sedan görs suddiga så kan AI:n lyckas väldigt bra att göra skarpa bilder.
Apple verkar skapa sina makrobilder genom att digitalt zooma in litegrann med ultravidvinkeln för att sedan göra dem skarpa med ovanstående teknik. Som vanlig utvecklare så har man inte tillgång till deras metoder och det är inte heller troligt att de tränat det neurala nätverket på borrkärnor eller liknande bilder. Denna AI-teknik tillför ju information som inte fanns från början och det är troligtvis bättre att analysera rådatat.
