Los ingenieros de la Universidad de Duke han desarrollado una forma de extraer una secuencia de imágenes de la luz dispersada a través de un material mayormente opaco, o incluso de una pared, a partir de una larga exposición fotográfica. La técnica tiene aplicaciones en una amplia gama de campos desdeseguridad a la asistencia sanitaria a la astronomía.
El estudio apareció en línea el 10 de septiembre en la revista Informes científicos .
"Cuando explico a la gente lo que puede hacer este algoritmo, suena mágico", dijo Michael Gehm, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en Duke. "Pero en realidad son solo estadísticas y una tonelada de datos".
Cuando la luz se dispersa cuando pasa a través de un material translúcido, el patrón emergente de "moteado" se ve tan aleatorio como estático en una pantalla de televisión sin señal. Pero no es aleatorio. Porque la luz proviene de un punto de unel objeto recorre un camino muy similar al de la luz que proviene de un punto adyacente, el patrón de moteado de cada uno se ve muy similar, solo se desplazó ligeramente.
Con suficientes imágenes, los astrónomos solían usar este fenómeno de "efecto memoria" para crear imágenes más claras de los cielos a través de una atmósfera turbulenta, siempre que el objeto que se está fotografiando sea lo suficientemente compacto.
La técnica cayó en desgracia con el desarrollo de la óptica adaptativa, que hace el mismo trabajo mediante el uso de espejos ajustables para compensar la dispersión.
Sin embargo, hace unos años, la técnica del efecto de memoria se volvió popular entre los científicos. Debido a que las cámaras modernas pueden grabar cientos de millones de píxeles a la vez, solo se necesita una sola exposición para que las estadísticas funcionen.
Si bien este enfoque puede reconstruir una imagen dispersa, tiene sus limitaciones. El objeto debe permanecer inmóvil y el medio de dispersión debe ser constante.
El nuevo enfoque de Gehm para las imágenes de efectos de memoria rompe estas limitaciones al extraer una secuencia de imágenes de una sola exposición larga.
El truco es usar una apertura codificada. Piense en esto como un conjunto de filtros que permiten que la luz pase a través de algunas áreas pero no de otras en un patrón específico. Mientras se conozca este patrón, los científicos pueden extraer computacionalmente lo que el originalla imagen se parecía
La nueva técnica de Gehm utiliza una secuencia de aperturas codificadas para marcar qué luz proviene de qué momento en el tiempo. Pero debido a que cada imagen se recoge en una sola exposición fotográfica larga, la moteada resultante termina siendo aún más desordenada de lo habitual.
"La gente pensó que el patrón de moteado resultante sería demasiado aleatorio para separar los cuadros individuales", dijo Gehm. "Pero resulta que las cámaras de hoy tienen una resolución tan sorprendente que si se mira de cerca, todavía hay un patrón suficiente paracomputacionalmente, pónganse de pie y los separen "
En su experimento, una secuencia simple de cuatro letras retroiluminadas apareció una tras otra detrás de una abertura codificada y un material disperso. El obturador de una cámara CCD de 5.5 megapíxeles se dejó abierto durante más de un minuto durante la secuencia para reunir elimágenes.
Si bien los mejores resultados se lograron con un tiempo de exposición de 100 segundos, aún se podían obtener buenos resultados con tiempos de exposición mucho más cortos. Después de solo unos segundos de procesamiento, la computadora devolvió con éxito las imágenes individuales de una D, U, Ky E de la secuencia. Luego, los investigadores mostraron que el enfoque también funciona cuando se cambia el medio de dispersión, e incluso cuando cambian tanto las imágenes como los medios de dispersión.
Los mejores resultados se lograron cuando las letras aparecieron durante 25 segundos cada una porque la intensidad de la luz de fondo no era muy alta para empezar, y se redujo aún más por la apertura codificada y el material de dispersión. Pero con una cámara más sensible o unfuente más brillante, no hay razón para que el enfoque no se pueda utilizar para capturar imágenes de acción en vivo, dijo Gehm.
La técnica tiene muchas aplicaciones potenciales. No solo funciona para la dispersión de la luz a través de un material, sino que también funciona para la dispersión de la luz de una superficie, por ejemplo, la pintura en la pared. Esto podría permitir que las cámaras de seguridad trabajen en las esquinaso incluso a través de vidrio esmerilado.
En el ámbito médico, muchos dispositivos basados en la luz buscan recopilar datos a través de la piel y otros tejidos, como un Fitbit que captura el pulso de una persona a través de la muñeca. Sin embargo, la luz se dispersa a medida que viaja a través de la piel y las células sanguíneas que fluyen,plantea un desafío para mediciones más avanzadas. Esta técnica puede proporcionar un camino hacia adelante.
"También estamos buscando ver si este enfoque se puede usar para separar diferentes aspectos de la luz, particularmente el color", dijo Gehm. "Se podría imaginar el uso de aperturas codificadas para obtener más información sobre una sola imagen en lugar de usarla paraobtener una secuencia de imágenes "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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