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2022年2月3日 星期四

手機光譜儀的使用方式與常見疑問

作者:楊于葳




如同指紋一樣,每一種光也有特定的「譜線」,而手機光譜儀是一種可以把複色光(很多顏色的光),色散(區分)成不同顏色的「光譜線」,讓複雜的光變回原形,就可以知道各種光源之間細微的差異。

只要將手機光譜儀的狹縫(小縫隙)對準光源,再把攝影工具對準觀景窗(長方格),就可以拍攝到美麗的光譜。看似簡單的拍攝方式,其實裡面藏有很多學問,如何拍攝出一張好的「光譜」,就是本文的重點。




一、拍攝方式


手機光譜儀有多種觀察方式,將狹縫(小縫隙)對準光源後,可以用眼睛直接觀察,也可以使用不同的攝影工具放在觀景窗捕捉光譜,像是手機、視訊鏡頭,或社團的USB攝影機。






(將狹縫對準光源)



(1)手持拍攝

如同字面意思,將手機光譜儀拿在手上,狹縫(小縫隙)對準光源,再將手機鏡頭靠近窗口就可以拍到光譜。這種方式可以快速的知道不同光源的光譜,手機光譜儀十分輕巧,出門在外可以隨身攜帶,看到各種會發光的光源時,不仿把手機光譜儀拿出來,觀察其中的奧妙。

手持拍攝的缺點在於若無其他小工具輔助,常常會有漏光、過曝,或者是拍攝角度造成二次反射的問題出現,使用手持要喬到剛剛好的角度,是非常需要練習的。


A、使用超多萬用黏土貼在手機鏡頭上

這個方法可以有效減少漏光,並且牢牢的固定手機與手機光譜儀,在手持上非常方便。











B、利用H板固定

此方法由王小發分享。若手邊沒有萬用黏土,也可以利用H板、螺絲與螺帽,將手機與手機光譜儀緊密的固定住。












(2)固定式拍攝

不同於手持拍攝,固定式拍攝可以減少許多拍攝困難。以下提供幾種常見的固定方式:


A、使用黑色小方塊輔助固定

黑色小方塊的高度與手機光譜儀一樣高,若有收到黑色小方塊,可以拿來支撐手機,增加平放在桌面時的穩定度。





B、使用第二個手機光譜儀輔助固定

與黑色小方塊有同樣的功效,因為兩台手機光譜儀的高度一樣,所以可以用來相互支撐手機,拍攝光譜時會穩定很多。





C、使用手機顯微鏡輔助固定

如果身邊有手機顯微鏡(標準正立),可以用載物台夾住手機光譜儀,比起平放在桌面上,夾住後的穩定度大大提升,鏡頭可以直接穿過上三角板拍攝光譜。





D、使用光學桌板輔助固定

一片光學桌板有77個洞,收到時是沒有攻牙的(也就是沒有螺紋),無法把螺絲鎖進去,要使用「扭力扳手兼攻牙器」自行攻牙(要注意水平)。

光學桌板手機顯微鏡有同樣的功效,可以牢牢的固定手機光譜儀,提升拍照時的穩定度。相較於手機顯微鏡(標準正立)的夾式,光學桌板的彈性更大,不只手機光譜儀,還可以應用在各種不同的科學儀器上。







E、使用洞洞板與曬衣夾輔助固定

這個方法是由 Bill Yang 老師提供。光學桌板與科學積木的登記自由贊助,通常是兩年一次,除了等待開放登記之外,到科學工廠參與協作也有機會獲得。

為提供大家更多選擇,Bill Yang 老師想到一個妙招,可以到日本某連鎖銅板店,購買曬衣夾搭配洞洞板,一樣可以達到相同的效果。


(此圖以光學桌板示意洞洞板)


(此圖以光學桌板示意洞洞板)



二、拍攝常見問題


(1)漏光

正常拍攝時只會有中間一道彩色的光譜,如果上下左右都有顏色,那很可能是漏光造成的。為了避免漏光,手機鏡頭盡量要與手機光譜儀的觀景窗保持緊密的接合,有時手機套會成為拍攝的一大阻礙。

為了減少漏光的發生,可以使用「萬用黏土」黏在觀景窗的周圍,或者是黏在手機套與手機光譜儀的周圍,圍上一整圈,就可以有效減少漏光。






使用時將黏土以前低後高的形式塑形,就可以消除拍攝光譜時最前面的一條亮線(此方法由 Prohamer Liao 廖老師整理 St chiu 邱老師分享)。





(2)過曝

初期使用時,會不太了解光譜儀對於光源強弱的需求,其實只需要很弱很弱的光就足夠了。拍攝時,太過強烈的光源會造成過曝,某種顏色的光可能會蓋過其他的光譜線,影響數值的分析。

如果不能夠增加與光源之間的距離,除了手動調整手機的拍照數值之外,也可以透過可散光的物品,像是衛生紙、遮光片、散光片,把它們放置在狹縫(小縫隙)前,就可以有效的降低曝光的發生。





(3)拍攝角度

純粹拍攝記錄不太需要在意拍攝角度,但如果想要放進imageJ分析,盡可能保持光譜與畫面的垂直,可以減少後續的調整。拍攝時可以打開手機的輔助功能「九宮格線」,固定手機時就可以清楚的知道,畫面是否水平或垂直,可以快速的調整,以免拍了一大堆照片,結果都不能使用。





(4)調整數值

不同強弱光源拍出來的照片,分析時也會有所差異,以下是不同曝光值的數值比較,與兩種手機系統的調整方式。


01、Android系統

由於Android系統的手機實在是太多,因此這部分只能簡略說明,實際操作還是要依照各手機廠牌的使用指南為主。

打開相機功能,找出能夠控制「曝光」、「亮度」、「ISO」的位置,有時是在相機的「專業模式」裡面,或者是在相機的「設定」裡面才會有這些選項。有些手機只能粗略的調整大範圍的數值,有些則是能調整到很細微的數字,會根據手機的不同而有所限制。


(手機介面的照片由 Bill Yang 提供)



(光譜照片由 Bill Yang 提供)





02、IOS系統

打開手機拍照功能,關閉「夜間模式」(若無可跳過此步驟),接著將手機放在手機光譜儀的觀景窗,視光源的亮度調整「亮度」與「曝光」的數值。















(5)手機畫面與實際照片的拍攝落差

不同的手機,鏡頭的設計也會有所差異,如果是多鏡頭手機(單鏡頭、雙鏡頭、三鏡頭),每一顆鏡頭都有不同的功能與特性,感光的敏銳度也會有所差異,像是有的具有「微距功能」,有的具有「廣角功能」,使用手機光譜儀時,一般會選擇「主鏡頭」,主鏡頭一般會是正常倍率的鏡頭,或者是成像最清晰的那一顆。

而宣稱是「拍照手機」,或有使用內建的「原彩」、「夜覽功能、護眼功能」(讓螢幕畫面偏黃)也會讓畫面看起來有差異,更不用說螢幕上還貼有「濾藍光螢幕保護貼」、「防偷窺保護貼」,這些都會影響到拍照當下與拍攝結果的落差。

看完上述的差異也不用太過擔心,只要是用同一台手機,拍出來的照片不要過曝,基本上都有參考的價值。



三、小試身手

找找看,房間或者是家中任何會發光的物品,拍看看它們的光譜是什麼樣子,也許會有意外的收穫。