Junto con el vuelo y la invisibilidad, uno de los primeros lugares en la lista de las superpotencias aspiracionales de cada niño es la capacidad de ver a través o alrededor de las paredes u otros obstáculos visuales. Esa capacidad ahora está un gran paso más cerca de la realidad como científicos de la Universidad de Wisconsin-Madisony la Universidad de Zaragoza en España, aprovechando las lecciones de la óptica clásica, han demostrado que es posible obtener imágenes de escenas ocultas complejas usando una "cámara virtual" proyectada para ver alrededor de las barreras.
La tecnología se describe en un informe de hoy 5 de agosto de 2019 en la revista Naturaleza . Una vez perfeccionado, podría usarse en una amplia gama de aplicaciones, desde defensa y socorro en casos de desastre hasta fabricación e imágenes médicas. El trabajo ha sido financiado en gran medida por los militares a través de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada DARPA del Departamento de Defensa de los EE. UU. Ypor la NASA, que visualiza la tecnología como una forma potencial de mirar dentro de cuevas ocultas en la luna y Marte.
Las tecnologías para lograr lo que los científicos llaman "imágenes sin línea de visión" han estado en desarrollo durante años, pero los desafíos técnicos los han limitado a imágenes borrosas de escenas simples. Los desafíos que podrían superarse con el nuevo enfoque incluyen imágenes lejosescenas ocultas más complejas, ver en varias esquinas y tomar videos.
"Esta imagen sin línea de visión ha existido por un tiempo", dice Andreas Velten, profesor de bioestadística e informática médica en la Facultad de Medicina y Salud Pública de la Universidad de Washington y autor principal de la nueva Naturaleza estudio. "Ha habido muchos enfoques diferentes"
La idea básica de imágenes sin línea de visión, dice Velten, gira en torno al uso de luz indirecta reflejada, una especie de eco de luz, para capturar imágenes de una escena oculta. Los fotones de miles de pulsos de luz láser sonreflejado desde una pared u otra superficie hacia una escena oscurecida y la luz difusa reflejada rebota hacia los sensores conectados a una cámara.Las partículas de luz o fotones recapturados se utilizan para reconstruir digitalmente la escena oculta en tres dimensiones.
"Enviamos pulsos de luz a una superficie y vemos que la luz regresa, y desde eso podemos ver lo que hay en la escena oculta", explica Velten.
El trabajo reciente de otros grupos de investigación se ha centrado en mejorar la calidad de la regeneración de escenas en condiciones controladas utilizando pequeñas escenas con objetos individuales. El trabajo presentado en el nuevo Naturaleza el informe va más allá de las escenas simples y aborda las limitaciones principales de la tecnología de imagen existente sin línea de visión, incluidas las diferentes calidades de material de las paredes y superficies de los objetos ocultos, grandes variaciones en el brillo de los diferentes objetos ocultos, complejas interaccionesreflejo de luz entre objetos en una escena oculta, y las cantidades masivas de datos ruidosos utilizados para reconstruir escenas más grandes.
Juntos, esos desafíos han obstaculizado las aplicaciones prácticas de los sistemas emergentes de imágenes sin línea de visión.
Velten y sus colegas, incluido Diego Gutiérrez, de la Universidad de Zaragoza, resolvieron el problema, analizándolo a través de un prisma más convencional mediante la aplicación de la misma matemática utilizada para interpretar imágenes tomadas con sistemas convencionales de imágenes de línea de visión.El nuevo método supera el uso de un solo algoritmo de reconstrucción y describe una nueva clase de algoritmos de imagen que comparten ventajas únicas.
Los sistemas convencionales, señala Gutiérrez, interpretan la luz difractada como ondas, que pueden conformarse en imágenes aplicando transformaciones matemáticas bien conocidas a las ondas de luz que se propagan a través del sistema de imágenes.
En el caso de imágenes sin línea de visión, el desafío de obtener imágenes de una escena oculta, dice Velten, se resuelve reformulando el problema de imágenes sin línea de visión como un problema de difracción de onda y luego usando bien-transformaciones matemáticas conocidas de otros sistemas de imágenes para interpretar las ondas y reconstruir una imagen de una escena oculta. Al hacer esto, el nuevo método convierte cualquier pared difusa en una cámara virtual.
"Lo que hicimos fue expresar el problema usando ondas", dice Velten, quien también tiene citas de facultad en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de UW-Madison y el Departamento de Bioestadística e Informática Médica, y está afiliado al Instituto de Investigación Morgridgey el Laboratorio UW-Madison para Instrumentación Óptica y Computacional. "Los sistemas tienen las mismas matemáticas subyacentes, pero descubrimos que nuestra reconstrucción es sorprendentemente robusta, incluso utilizando datos realmente malos. Puede hacerlo con menos fotones".
Utilizando el nuevo enfoque, el equipo de Velten demostró que las imágenes ocultas se pueden visualizar a pesar de los desafíos de la complejidad de la escena, las diferencias en los materiales reflectores, la luz ambiental dispersa y las diferentes profundidades de campo para los objetos que componen una escena.
La capacidad de proyectar esencialmente una cámara de una superficie a otra sugiere que la tecnología puede desarrollarse hasta un punto en el que sea posible ver alrededor de múltiples esquinas: "Esto debería permitirnos tomar imágenes alrededor de un número arbitrario de esquinas", diceVelten. "Para hacerlo, la luz tiene que sufrir múltiples reflejos y el problema es cómo separar la luz que proviene de diferentes superficies. Esta 'cámara virtual' puede hacer eso. Esa es la razón de la escena compleja: hay múltiples rebotes en marchay la complejidad de la escena que imaginamos es mayor que lo que se ha hecho antes "
Según Velten, la técnica se puede aplicar para crear versiones virtuales proyectadas de cualquier sistema de imágenes, incluso cámaras de video que capturan la propagación de la luz a través de la escena oculta. El equipo de Velten, de hecho, utilizó la técnica para crear un video de luztransporte en la escena oculta, lo que permite la visualización de la luz que rebota hasta cuatro o cinco veces, lo que, según el científico de Wisconsin, puede ser la base para que las cámaras vean en más de una esquina.
La tecnología podría mejorarse más y más drásticamente si se pueden idear conjuntos de sensores para capturar la luz reflejada de una escena oculta. Los experimentos descritos en el nuevo Naturaleza el papel dependía de un solo detector.
En medicina, la tecnología es prometedora para cosas como la cirugía robótica. Ahora, el campo de visión del cirujano está restringido cuando se realizan procedimientos sensibles en el ojo, por ejemplo, y la técnica desarrollada por el equipo de Velten podría proporcionar una imagen más completa de lo que haypasando alrededor de un procedimiento.
Además de ayudar a resolver muchos de los desafíos técnicos de las imágenes sin línea de visión, la tecnología, según Velten, puede ser económica y compacta, lo que significa que las aplicaciones del mundo real son solo cuestión de tiempo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Terry Devitt. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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