Los investigadores han desarrollado una nueva solución para rastrear objetos ocultos detrás de los medios de dispersión mediante el análisis de las fluctuaciones en el "ruido" óptico creado por su movimiento. En el diario de The Optical Society para investigaciones de alto impacto óptica , investigadores de la Universidad de Florida Central CREOL demuestran su técnica al rastrear la ubicación de un objeto a medida que se mueve dentro de una caja cerrada.
El enfoque podría ayudar a avanzar la teledetección en tiempo real para aplicaciones militares y de otro tipo. Por ejemplo, podría usarse para rastrear vehículos o aviones que viajan a través de la niebla. También podría ser útil para áreas de investigación biomédica que involucran partículas de movimiento rápidoeso no se puede observar directamente, según los investigadores.
Hay muchas tecnologías capaces de detectar, describir y rastrear objetos que están lejos o que no se pueden observar visualmente. Sin embargo, la mayoría de las tecnologías existentes, como la Detección de luz y el rango LIDAR, requieren una línea de visión entre el objeto yel sensor, lo que significa que no funcionan bien cuando el objeto está oscurecido por nubes, niebla u otras condiciones que dispersan la luz.
"Estamos promoviendo un cambio de paradigma", dijo Aristide Dogariu de la Universidad de Florida Central y líder del equipo de investigación. "En lugar de iluminar el objeto con un haz de luz coherente, lo estamos iluminando con luz aleatoria".en cómo las fluctuaciones de la luz se modifican por la interacción con el objeto nos permite recuperar información sobre el objeto "
Insights sin una línea de visión
Las tecnologías de seguimiento existentes utilizan uno de dos enfoques. Los métodos basados en láser, como LIDAR, apuntan un haz de luz al objeto y luego lo mueven para deducir información como el tamaño, la forma y la trayectoria del objeto. Métodos basados en imágenes,Por otro lado, tome una serie de imágenes del objeto y luego realice cálculos para seguir su movimiento a lo largo del tiempo.
"Estas son estrategias muy buenas que han estado en vigencia durante décadas, y en condiciones ideales su rendimiento no puede ser superado", dijo Dogariu. "Pero tan pronto como algo en la línea de visión se dispersa y aleatoriza la luz, te encuentras conproblemas."
El equipo de Dogariu ha pasado más de una década aprendiendo cómo inferir información de las fluctuaciones de la luz; previamente aplicaron estos conceptos para desarrollar nuevas herramientas para detectar las propiedades de los materiales y para la microscopía de súper resolución. En su última investigación, buscaronpara rastrear objetos en movimiento en condiciones donde no es posible ver el objeto y no es posible controlar o determinar la direccionalidad de la luz que brilla sobre él.
"Un objeto que está oculto detrás de un difusor de dispersión no está iluminado por un haz espacialmente coherente", dijo Dogariu. "El movimiento del objeto, el tamaño del objeto y las propiedades del objeto afectan las propiedades estadísticas del ruido-como campo óptico, y este efecto es lo que medimos "
Debido a que la luz se comporta de manera predecible, el equipo de Dogariu pudo desarrollar métodos estadísticos para separar el ruido natural de las fluctuaciones creadas por el movimiento del objeto objetivo.
Prueba del método
Para probar el enfoque, los investigadores encerraron un pequeño objeto dentro de una caja de plástico diseñada para dispersar la luz. Al iluminar un haz de luz coherente en una de las paredes de dispersión se crea una fuente de luz secundaria dentro de la caja. El objeto objetivo dispersa estola luz y luego las ondas de luz se aleatorizan aún más cuando la luz atraviesa las paredes de dispersión. La luz se recoge fuera de la caja mediante un detector integrador, que utiliza un algoritmo para distinguir el ruido natural de las fluctuaciones causadas por el objeto.
"Si el objetivo que está rodeado por este recinto comienza a moverse, entonces las fluctuaciones que impone a la luz que sale de la caja se pueden detectar desde cualquier dirección de manera muy eficiente", dijo Dogariu. Aunque puede detectar el objeto ocultodesde cualquier ubicación fuera del recinto, el sistema no puede identificar un objeto que no se mueva.
Recientemente se han desarrollado algunas otras tecnologías que permiten rastrear objetos oscurecidos escaneándolos o imaginándolos repetidamente a lo largo del tiempo. Sin embargo, esos enfoques requieren instrumentos ópticos complejos y procesamiento de datos a gran escala, lo que puede hacerlos poco prácticos para seguir objetos que se mueven rápidamente.
En sus experimentos, el equipo de Dogariu pudo rastrear con precisión el movimiento del objeto dentro del recinto de dispersión en tiempo real utilizando una configuración más simple y versátil ". La ventaja de recuperar información basada en fluctuaciones es que es más robusto frente a los dispositivos externosperturbaciones ", dijo Dogariu." Es robusto contra las perturbaciones entre la fuente de luz y el objeto y entre el objeto y el receptor ".
Nuevas oportunidades
Debido a que el sistema extrae información sobre el movimiento en cada dirección de forma independiente, el enfoque detecta de manera eficiente la posición para todos los grados de libertad izquierda-derecha, arriba-abajo y diagonal. Además, porque el método sigue el movimiento del centro del objetivomasa, la precisión de seguimiento no se ve afectada cuando el objeto se inclina o gira.
El principal inconveniente del método es el nivel de detalle limitado que puede proporcionar sobre el objeto objetivo. Si bien puede detectar la velocidad y la dirección a la que se mueve el objeto y puede revelar el tamaño del objeto, no puede revelar su color, material, o necesariamente su forma.
"No puede recuperar información detallada con este método, pero si simplifica la pregunta a lo que realmente necesita saber, puede resolver ciertos problemas orientados a tareas", dijo Dogariu.
Como siguiente paso, el equipo está trabajando para refinar el enfoque para manejar entornos más complejos, escenas más grandes y escenas con niveles más bajos de luz entrante. Su esperanza es que estas mejoras acerquen el sistema a las aplicaciones del mundo real en biomedicina, teledetección y otras áreas.
Aunque la investigación involucró ondas de luz, enfoques similares basados en el ruido podrían implementarse en otros dominios, como la acústica o las microondas, dijo Dogariu.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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