Los ingenieros de la Universidad de Duke han desarrollado un método para extraer una imagen en color de una sola exposición de luz dispersada a través de un material mayormente opaco. La técnica tiene aplicaciones en una amplia gama de campos, desde el cuidado de la salud hasta la astronomía.
El estudio apareció en línea el 9 de julio en la revista óptica .
"Otros han podido reconstruir imágenes en color de la luz dispersa, pero esos métodos tuvieron que sacrificar la resolución espacial o requirieron una caracterización previa del dispersador por adelantado, lo que con frecuencia no es posible", dijo Michael Gehm, profesor asociado de electricidad y electricidad.ingeniería informática en Duke. "Pero nuestro enfoque evita todos esos problemas".
Cuando la luz se dispersa a medida que 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 de memoria" para crear imágenes más claras de los cielos a través de una atmósfera turbulenta, siempre que los objetos que se estaban fotografiando fueran lo suficientemente compactos.
Si bien 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, recientemente se ha vuelto popular una vez más. Debido a que las cámaras modernas pueden grabar cientos de millones de píxeles auna vez, solo se necesita una única exposición para que las estadísticas funcionen.
Si bien este enfoque puede reconstruir una imagen dispersa, tiene limitaciones en el ámbito del color. Los patrones moteados creados por diferentes longitudes de onda son típicamente imposibles de desenredar entre sí.
El nuevo enfoque de imagen de efecto de memoria desarrollado por los autores Xiaohan Li, estudiante de doctorado en el laboratorio de Gehm, Joel Greenberg, profesor asociado de investigación de ingeniería eléctrica e informática, y Gehm supera esta limitación.
El truco consiste en utilizar una apertura codificada seguida de un prisma. Una apertura codificada es básicamente un filtro que permite que la luz pase a través de algunas áreas pero no de otras en un patrón específico. Después de que la abertura codificada "sella" la mota,pasa a través de un prisma que hace que diferentes frecuencias de luz se extiendan entre sí.
Esto hace que el patrón de la apertura codificada cambie ligeramente en relación con la imagen capturada por el detector. Y la cantidad que cambia está directamente relacionada con el color de la luz que pasa.
"Este cambio es pequeño en comparación con el tamaño general de lo que se está fotografiando, y debido a que nuestro detector no es sensible al color, crea una combinación desordenada", dijo Li. "Pero el cambio es suficiente para que nuestro algoritmo tenga un punto de apoyo parasepare los patrones de manchas individuales aparte de cada color, y a partir de eso podemos descubrir cómo se ve el objeto para cada color ".
Los investigadores muestran que, al centrarse en cinco canales espectrales correspondientes a violeta, verde y tres tonos de rojo, la técnica puede reconstruir una letra "H" llena de rosas, amarillos y azules matizados. Fuera de esta difícil prueba deEn principio, los investigadores creen que su enfoque podría encontrar aplicaciones en campos como la astronomía y la atención médica.
En astronomía, el contenido de color de la luz proveniente de fenómenos astronómicos contiene información valiosa sobre su composición química, y a menudo se crea moteado a medida que la atmósfera distorsiona la luz. De manera similar en el cuidado de la salud, el color puede decirle a los investigadores algo sobre la composición molecular dequé se está fotografiando, o se puede usar para identificar biomoléculas que han sido etiquetadas con marcadores fluorescentes.
"Hay muchas aplicaciones en las que la gente realmente quiere saber cuánta energía hay en bandas espectrales específicas emitidas por objetos ubicados detrás de oclusiones opacas", dijo Greenberg. "Hemos demostrado que este enfoque puede lograr este objetivo en todo el mundo".espectro visible. Conocer el patrón de apertura y cuánto cambia en función de la longitud de onda proporciona la clave que necesitamos para desenredar la suma desordenada en canales separados ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :