Publicado 17/11/2021 12:25CET

Nueva cámara holográfica ve lo invisible con alta precisión

Una configuración de un prototipo de cámara en el laboratorio
Una configuración de un prototipo de cámara en el laboratorio - FLORIAN WILLOMITZER / NORTHWESTERN UNIVERSITY

   MADRID, 17 Nov. (EUROPA PRESS) -

   Una nueva cámara de alta resolución es capaz de ver incluso alrededor de las esquinas y a través de medios de dispersión, como la piel, la niebla o potencialmente incluso el cráneo humano.

   Llamado holografía de longitud de onda sintética, el nuevo método desarrollado por investigadores de la Universidad Northwestern funciona mediante la dispersión indirecta de luz coherente sobre objetos ocultos, que luego se dispersa nuevamente y viaja de regreso a una cámara.

   A partir de ahí, un algoritmo reconstruye la señal de luz dispersa para revelar los objetos ocultos. Debido a su alta resolución temporal, el método también tiene el potencial de obtener imágenes de objetos que se mueven rápidamente, como el corazón que late a través del pecho o los autos a toda velocidad en una esquina.

   El estudio se publica en la revista Nature Communications.

   El campo de investigación relativamente nuevo de los objetos de imágenes detrás de las oclusiones o los medios de dispersión se llama imágenes sin línea de visión (NLoS). En comparación con las tecnologías de imágenes NLoS relacionadas, el método de Northwestern puede capturar rápidamente imágenes de campo completo de grandes áreas con precisión submilimétrica. Con este nivel de resolución, la cámara computacional podría potencialmente obtener imágenes a través de la piel para ver incluso los capilares más pequeños en funcionamiento.

   Si bien el método tiene un potencial obvio para la obtención de imágenes médicas no invasivas, los sistemas de navegación de alerta temprana para automóviles y la inspección industrial en espacios reducidos, los investigadores creen que las aplicaciones potenciales son infinitas.

   "Nuestra tecnología marcará el comienzo de una nueva ola de capacidades de imágenes", dijo Florian Willomitzer profesor asistente de investigación de ingeniería eléctrica e informática y primer autor del estudio. "Nuestros prototipos de sensores actuales utilizan luz visible o infrarroja, pero el principio es universal y podría extenderse a otras longitudes de onda. Por ejemplo, el mismo método podría aplicarse a las ondas de radio para la exploración espacial o la obtención de imágenes acústicas bajo el agua. Se puede aplicar a muchas áreas y solo hemos rayado la superficie ".

   Ver a la vuelta de la esquina versus obtener imágenes de un órgano dentro del cuerpo humano puede parecer un desafío muy diferente, pero Willomitzer dijo que en realidad están estrechamente relacionados. Ambos tratan con medios de dispersión, en los que la luz incide en un objeto y se dispersa de manera que ya no se puede ver una imagen directa del objeto.

   "Si alguna vez ha intentado hacer brillar una linterna a través de su mano, entonces ha experimentado este fenómeno", dijo Willomitzer. "Ves un punto brillante en el otro lado de tu mano, pero, teóricamente, debería haber una sombra proyectada por tus huesos, revelando la estructura de los huesos. En cambio, la luz que pasa por los huesos se dispersa dentro del tejido en todas las direcciones, borrando por completo la imagen de la sombra".

   El objetivo, entonces, es interceptar la luz dispersa para reconstruir la información inherente sobre su tiempo de viaje para revelar el objeto oculto. Pero eso presenta su propio desafío.

   "Nada es más rápido que la velocidad de la luz, por lo que si desea medir el tiempo de viaje de la luz con alta precisión, entonces necesita detectores extremadamente rápidos", dijo Willomitzer. "Estos detectores pueden ser terriblemente caros".

   Para eliminar la necesidad de detectores rápidos, Willomitzer y sus colegas fusionaron ondas de luz de dos láseres para generar una onda de luz sintética que se puede adaptar específicamente a imágenes holográficas en diferentes escenarios de dispersión.

   "Si puede capturar todo el campo de luz de un objeto en un holograma, entonces puede reconstruir la forma tridimensional del objeto en su totalidad", explicó Willomitzer. "Hacemos esta imagen holográfica a la vuelta de una esquina o mediante dispersores, con ondas sintéticas en lugar de ondas de luz normales".

   A lo largo de los años, ha habido muchos intentos de obtención de imágenes NLoS para recuperar imágenes de objetos ocultos. Pero estos métodos suelen tener uno o más problemas. Tienen baja resolución, un campo de visión angular extremadamente pequeño, requieren un escaneo de trama que requiere mucho tiempo o necesitan grandes áreas de sondeo para medir la señal de luz dispersa.

   Sin embargo, la nueva tecnología supera estos problemas y es el primer método para obtener imágenes alrededor de las esquinas y mediante medios de dispersión que combina una alta resolución espacial, una alta resolución temporal, un área de sondeo pequeña y un gran campo de visión angular. Esto significa que la cámara puede captar pequeñas características en espacios reducidos, así como objetos ocultos en grandes áreas con alta resolución, incluso cuando los objetos se mueven.

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