Investigadores del MIT Media Lab han desarrollado un nuevo dispositivo de imagen que consiste en un haz suelto de fibras ópticas, sin necesidad de lentes o carcasa protectora.
Las fibras están conectadas a una serie de fotosensores en un extremo; los otros extremos se pueden dejar sin ondas, para que puedan pasar individualmente a través de espacios de escala micrométrica en una membrana porosa, para obtener imágenes de lo que haya en el otro lado.
Los haces de fibras pueden introducirse a través de tuberías y sumergirse en fluidos para obtener imágenes de campos petrolíferos, acuíferos o tuberías, sin riesgo de dañar las carcasas herméticas. Y los haces apretados de fibras podrían producir endoscopios con diámetros más estrechos, ya que requeriríansin electrónica adicional.
Las posiciones de los extremos libres de las fibras no necesitan corresponder a las posiciones de los fotodetectores en la matriz. Al medir los diferentes tiempos en los que breves ráfagas de luz llegan a los fotodetectores, una técnica conocida como "tiempo de vuelo"- el dispositivo puede determinar las ubicaciones relativas de las fibras.
En una versión comercial del dispositivo, los estallidos de luz de calibración serían entregados por las propias fibras, pero en experimentos con su sistema prototipo, los investigadores usaron láseres externos.
"El tiempo de vuelo, que es una técnica que se usa ampliamente en nuestro grupo, nunca se ha utilizado para hacer tales cosas", dice Barmak Heshmat, un postdoctorado en el grupo Camera Culture en el Media Lab, quien dirigió el nuevo trabajo. "Trabajos anteriores han utilizado el tiempo de vuelo para extraer información de profundidad. Pero en este trabajo, estaba proponiendo utilizar el tiempo de vuelo para habilitar una nueva interfaz de imágenes".
Los investigadores informaron sus resultados hoy en Nature Informes científicos . Heshmat es el primer autor del artículo, y está acompañado por el profesor asociado de artes y ciencias de los medios, Ramesh Raskar, quien dirige el grupo de cultura de cámara del Media Lab, y por Ik Hyun Lee, un becario postdoctoral.
tiempo de viaje
En sus experimentos, los investigadores utilizaron un paquete de 1.100 fibras que se agitaban libremente en un extremo y se colocaban frente a una pantalla en la que se proyectaban símbolos. El otro extremo del paquete estaba conectado a un divisor de haz, que a su vez estaba conectadotanto a una cámara normal como a una cámara de alta velocidad que puede distinguir los tiempos de llegada de los pulsos ópticos.
Perpendiculares a las puntas de las fibras en el extremo suelto del haz, y entre sí, había dos láseres ultrarrápidos. Los láseres disparaban breves ráfagas de luz y la cámara de alta velocidad registraba su tiempo de llegada a lo largo de cada fibra.
Debido a que las ráfagas de luz provenían de dos direcciones diferentes, el software podría usar las diferencias en el tiempo de llegada para producir un mapa bidimensional de las posiciones de las puntas de las fibras. Luego usó esa información para descifrar la imagen desordenada capturada por elcámara convencional.
La resolución del sistema está limitada por la cantidad de fibras; el prototipo de 1100 fibras produce una imagen de aproximadamente 33 por 33 píxeles. Debido a que también hay cierta ambigüedad en el proceso de reconstrucción de imágenes, las imágenes producidas en los experimentos de los investigadores fueronbastante borroso.
Pero el sensor prototipo también usó fibras ópticas listas para usar de 300 micrómetros de diámetro. Se han fabricado comercialmente fibras de solo unos pocos micrómetros de diámetro, por lo que para aplicaciones industriales, la resolución podría aumentar notablemente sin aumentar el tamaño del haz.
En una aplicación comercial, por supuesto, el sistema no tendría el lujo de dos láseres perpendiculares colocados en las puntas de las fibras. En su lugar, se enviarían ráfagas de luz a lo largo de las fibras individuales y el sistema mediría el tiempo que tardabanSe necesitarían muchos más pulsos para formar una imagen precisa de las posiciones de las fibras, pero luego, los pulsos son tan cortos que la calibración tomaría solo una fracción de segundo.
"Dos es el número mínimo de pulsos que puede usar", dice Heshmat. "Eso fue solo una prueba de concepto".
Comprobando referencias
Para aplicaciones médicas, donde el diámetro del haz, y por lo tanto el número de fibras, debe ser bajo, la calidad de la imagen podría mejorarse mediante el uso de los llamados métodos interferométricos.
Con tales métodos, una señal de luz saliente se divide en dos, y la mitad, el haz de referencia, se mantiene localmente, mientras que la otra mitad, el haz de muestra, rebota en los objetos de la escena y regresa.Luego, las dos señales se recombinan y la forma en que interfieren entre sí produce información muy detallada sobre la trayectoria del haz de muestra. Los investigadores no utilizaron esta técnica en sus experimentos, pero realizaron un análisis teórico que muestra que deberíapermiten reconstrucciones de escenas más precisas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Larry Hardesty. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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