Một camera điện thoại hướng vào một bề mặt hầu như không cho bạn biết điều gì mang tính định lượng về bề mặt đó, bởi vì bức ảnh bị chi phối bởi bất kỳ nguồn sáng nào tình cờ chiếu vào nó. Một mặt bếp được chụp vào buổi trưa và lúc hoàng hôn là hai hình ảnh hoàn toàn khác nhau của cùng một chất liệu. Camera là một bộ cảm biến tốt; vấn đề là nguồn chiếu sáng không xác định.

Tuy nhiên, điện thoại lại mang theo nguồn sáng riêng của nó, chỉ cách ống kính vài milimét. Đèn pin không thể điều chỉnh, không thể đổi màu và không được hiệu chuẩn theo tiêu chuẩn phòng thí nghiệm — nhưng nó nhất quán: cùng một đèn LED, cùng một vị trí, cùng một mức công suất mỗi khi bạn bật lên. Một nguồn sáng đã biết kết hợp với một bộ cảm biến là bộ khung của một thiết bị quang học thực sự. Hai trong số các công cụ của Sentio được xây dựng trên chính bộ khung đó và chúng hướng theo hai chiều ngược nhau: một công cụ phản xạ ánh sáng ra khỏi bề mặt, công cụ còn lại chiếu ánh sáng xuyên qua.

Phản xạ: bí quyết nằm ở cặp khung hình

Công cụ Phản xạ không chỉ chụp một bức ảnh của bề mặt. Nó chụp hai bức: một bức khi tắt đèn pin, một bức khi bật đèn pin, từ cùng một vị trí, và xử lý dựa trên sự khác biệt.

Ý tưởng cốt lõi nằm ở việc ghép đôi đó. Khung hình ánh sáng môi trường ghi lại mọi thứ mà căn phòng tác động — ánh sáng cửa sổ, đèn trần, bóng đổ. Khung hình được rọi bằng đèn pin ghi lại cùng một cảnh đó cộng thêm một thứ nữa: phản hồi của bề mặt đối với đèn pin. Trừ khung hình thứ nhất khỏi khung hình thứ hai và các yếu tố của căn phòng hầu như bị triệt tiêu. Những gì còn lại là cách bề mặt phản hồi lại nguồn sáng có cường độ, vị trí và phổ ánh sáng giống nhau trong mỗi lần đo. Bạn đã thay thế "bức ảnh dưới bất kỳ nguồn sáng nào" bằng "phản hồi của bề mặt này đối với kích thích đã biết" — và đại lượng đó có thể so sánh được giữa các kết quả đo.

Để cách này hoạt động, camera phải ngừng việc tự động tối ưu hóa. Chế độ tự động phơi sáng (AE) sẽ thấy khung hình được rọi đèn pin sáng hơn và âm thầm giảm độ nhạy sáng; chế độ tự động cân bằng trắng (AWB) sẽ tự điều chỉnh lại tông màu của từng khung hình một cách độc lập. Cả hai điều này đều phá hỏng phép trừ, vì hai khung hình không còn được đo trên cùng một thang đo nữa. Do đó, công cụ này khóa AE và AWB cho cả cặp hình — cùng một nguyên tắc, vì cùng một lý do, giống như việc thử nghiệm gõ sử dụng đường truyền âm thanh chưa qua xử lý của điện thoại. Các quy trình xử lý đi kèm điện thoại được thiết kế để làm cho hình ảnh và âm thanh trông đẹp và hay hơn; kết quả đo thì cần loại bỏ chúng.

Tính năng này hữu ích cho việc gì? Cho bất kỳ trường hợp nào mà thuộc tính đáng quan tâm là cách bề mặt phản xạ ánh sáng chứ không phải là màu sắc của nó:

Độ bán trong suốt: soi đèn, với ống kính ở phía đối diện

Công cụ song song này đảo ngược thiết lập hình học. Thay vì phản xạ ánh sáng đèn pin ra khỏi bề mặt, bạn áp mẫu thử vào ống kính camera với đèn pin ở phía sau, và công cụ sẽ đo lượng ánh sáng xuyên qua — và một cách hữu ích là sự truyền sáng đó khác nhau như thế nào giữa các kênh màu đỏ, xanh lá và xanh dương. Đây chính là phương pháp soi đèn — mẹo cũ là giữ quả trứng trước đèn — với điện thoại đóng vai trò là cả đèn và mắt nhìn.

Việc phân tách kênh màu rất quan trọng vì các vật liệu hiếm khi làm suy giảm ánh sáng đồng đều trên toàn bộ phổ ánh sáng. Một chiếc lá cho ánh sáng đỏ đi qua dễ dàng hơn ánh sáng xanh dương; các thành phần bên trong quả trứng làm thay đổi màu sắc truyền qua khi trứng phát triển; vỏ trái cây truyền ánh sáng khác đi khi các sắc tố thay đổi. Do đó, kết quả đo không chỉ là "bao nhiêu ánh sáng lọt qua" mà là "bao nhiêu ánh sáng của mỗi màu lọt qua" — và tỷ lệ giữa các kênh màu thường cung cấp nhiều thông tin hơn và ổn định hơn bất kỳ mức đơn lẻ nào.

Các trường hợp sử dụng mà câu hỏi đặt ra là "bao nhiêu ánh sáng truyền qua và màu sắc nào còn lại":

Lưu ý trung thực: phải cùng một thiết lập, nếu không sẽ không thể so sánh

Các kết quả đo độ bán trong suốt chỉ có thể so sánh giữa các lần đo của cùng một thiết lập, chứ không thể so sánh giữa các thiết lập khác nhau — và cần phải nói rõ lý do tại sao, vì nguyên nhân nằm ở vật lý chứ không phải giới hạn phần mềm.

Khi bạn ép mẫu thử vào ống kính, hình học của điểm tiếp xúc đó trở thành một phần của kết quả đo. Lực ép mạnh hay nhẹ sẽ làm thay đổi độ dày của mẫu thử và độ áp sát của nó. Vị trí chính xác của mẫu thử sẽ thay đổi chiều dài đường truyền từ đèn pin đến cảm biến. Khe hở không khí làm tán xạ ánh sáng; tiếp xúc chặt hơn thì không. Không có yếu tố nào trong số đó được ghi lại, vì vậy không có yếu tố nào có thể được bù trừ. Hai số đọc của cùng một chiếc lá, được giữ theo cùng một cách trên cùng một điện thoại, là một sự so sánh công bằng. Một số đọc từ điện thoại của bạn so với số đọc từ điện thoại của bạn bè — vị trí đèn pin khác nhau, ống kính khác nhau, áp lực khác nhau — thì không, và công cụ sẽ không giả vờ ngược lại.

Đây cũng chính là lập luận, được áp dụng một cách trung thực, định hình nên mọi thứ khác trên nền tảng: sử dụng các số đọc một cách tương đối, trong một hệ thống đo nhất quán, và chúng sẽ đáng tin cậy; coi chúng là các giá trị tuyệt đối toàn cầu và chúng sẽ không còn đáng tin nữa. Hoạt động đo cách âm bằng hai điện thoại đã nỗ lực xây dựng cấu trúc tỷ lệ đó vào quy trình riêng của nó, chính xác là vì lý do này.

Nguyên tắc thiết kế: không bao giờ tin tưởng vào một mức tuyệt đối. Đèn LED của đèn pin khác nhau giữa các dòng điện thoại, cảm biến camera khác nhau về độ nhạy và cả hai đều không được hiệu chuẩn. Do đó, các công cụ này được xây dựng dựa trên sự khác biệt và tỷ lệ — ánh sáng đèn pin trừ đi ánh sáng môi trường, màu đỏ so với màu xanh lam, số đọc của tuần này so với tuần trước của cùng một vật thể — những đại lượng mà ở đó các hằng số chưa biết sẽ tự triệt tiêu. Đây là phiên bản quang học của nguyên tắc mà các công cụ âm học tuân theo: các đặc trưng phải không đổi khi thay đổi thiết bị, hoặc phải được giới hạn một cách trung thực cho một thiết bị duy nhất.

Hai công cụ, một thiết bị đo

Phản xạ và Độ xuyên sáng là cùng một thiết bị đo ở hai cấu hình: nguồn sáng cố định, bộ dò được khóa, và một đặc trưng được tính toán từ việc so sánh thay vì từ một khung hình đơn lẻ. Cả hai đều chạy hoàn toàn trên điện thoại, cả hai đều lưu các số đọc vào danh mục vật thể để bề mặt hoặc mẫu thử tích lũy lịch sử đo, và cả hai đều có thể nhận nhãn thực tế khách quan sau khi đo — lớp phủ thực sự bị hỏng, quả trứng đã thụ tinh — nhờ đó mỗi kết quả đo đều là một mẫu huấn luyện trong tương lai.

Chúng là hai mục trong một danh sách dài hơn. Để tìm hiểu toàn diện về những gì các cảm biến của điện thoại có thể chuyển hóa thành, hãy bắt đầu với tổng quan về các công cụ.