Una cámara única que puede capturar una imagen detallada con resolución de micrones desde la distancia utiliza un láser y técnicas que toman prestado de la holografía, la microscopía y el tiempo de bala al estilo "Matrix".
Un prototipo construido y probado por ingenieros de las universidades Rice y Northwestern lee un punto iluminado por un láser y captura el patrón de "moteado" con un sensor de cámara. Los datos sin procesar de docenas de posiciones de cámara se envían a un programa de computadora que los interpreta yconstruye una imagen de alta resolución.
El sistema conocido como SAVI - para "Aberturas sintéticas para imágenes visibles de largo alcance, con subdifracción limitada" - no necesita una lente larga para tomar una fotografía de un objeto lejano. El prototipo solo funciona con fuentes de iluminación coherentescomo láseres, pero Ashok Veeraraghavan, profesor asistente de Rice de ingeniería eléctrica e informática, dijo que es un paso hacia una matriz de cámaras SAVI para su uso en luz visible.
"Hoy en día, la tecnología solo se puede aplicar a la luz coherente láser", dijo. "Eso significa que no se pueden aplicar estas técnicas para tomar fotografías al aire libre y mejorar la resolución de las imágenes iluminadas por el sol, por el momento. Nuestra esperanza es esadía, tal vez dentro de una década, tendremos esa capacidad ".
La tecnología es el tema de un documento de acceso abierto en avances científicos .
Los laboratorios dirigidos por Veeraraghavan en Rice y Oliver Cossairt en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern construyeron y probaron el dispositivo que compara los patrones de interferencia entre múltiples imágenes moteadas. Al igual que la técnica utilizada para lograr el efecto especial "Matrix", las imágenes se toman ligeramentediferentes ángulos, pero con una cámara que se mueve entre tomas en lugar de muchas disparadas en secuencia.
Veeraraghavan explicó que las motas sirven como rayos de referencia y esencialmente reemplazan uno de los dos rayos utilizados para crear hologramas. Cuando un láser ilumina una superficie rugosa, el espectador ve motas como granos en el punto. Eso se debe a que parte de la luz que regresa se dispersade puntos en la superficie tiene que ir más lejos y arroja la onda colectiva fuera de fase. La textura de una hoja de papel, o incluso una huella dactilar, es suficiente para causar el efecto.
Los investigadores aprovechan estas irregularidades de fase.
"El problema que estamos resolviendo es que no importa qué longitud de onda de luz use, la resolución de la imagen, la característica más pequeña que puede resolver en una escena, depende de esta cantidad fundamental llamada límite de difracción, que escalalinealmente con el tamaño de su apertura ", dijo Veeraraghavan.
"Con una cámara tradicional, cuanto mayor sea el tamaño físico de la apertura, mejor será la resolución", dijo. "Si desea una apertura de medio pie, es posible que necesite 30 superficies de vidrio para eliminar las aberraciones y crear un enfoquepunto. Esto hace que su lente sea muy grande y voluminosa ".
La "apertura sintética" de SAVI evita el problema reemplazando una lente larga con un programa de computadora que resuelve los datos de las manchas en una imagen. "Puede capturar patrones de interferencia desde una distancia considerable", dijo Veeraraghavan. "La distancia depende de qué tan fuerteel láser y a qué distancia se puede iluminar ".
"Al trasladar la estimación y corrección de aberraciones a la computación, podemos crear un dispositivo compacto que nos brinde la misma área de superficie que la lente que queremos sin el tamaño, peso, volumen y costo", dijo Cossairt, profesor asistente deingeniería y ciencias de la computación en Northwestern.
El autor principal Jason Holloway, un alumno de Rice que ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Columbia, sugirió que una variedad de sensores económicos y lentes de plástico que cuestan unos pocos dólares cada uno pueden reemplazar algún día los teleobjetivos tradicionales que cuestan más de $ 100,000. "Deberíamospoder capturar exactamente el mismo rendimiento pero a un costo de órdenes de magnitud menor ", dijo.
Tal matriz eliminaría la necesidad de una cámara en movimiento y capturaría todos los datos a la vez, "o lo más cerca posible de eso", dijo Cossairt. "Queremos llevar esto a donde podamos hacer las cosas de forma dinámica. Eso es lo quees realmente único: hay una vía hacia la captura de alta resolución en tiempo real utilizando este enfoque de apertura sintética ".
Cossairt comenzó a pensar en la idea cuando solicitó su Premio CAREER de la National Science Foundation NSF. "Más tarde, Ashok y yo nos interesamos en las técnicas de apertura sintética a través de algunos colegas nuestros en California que las usaban en microscopía".
Veeraraghavan dijo que SAVI se apoya en el trabajo del Instituto de Tecnología de California y la Universidad de California en Berkeley, que desarrolló la técnica de pticografía de Fourier que permite que los microscopios resuelvan imágenes más allá de las limitaciones físicas de su óptica.
El avance del equipo de SAVI fue el descubrimiento de que podía colocar la fuente de luz en el mismo lado que la cámara en lugar de detrás del objetivo, como en la microscopía de transmisión, dijo Cossairt. Pasó tres meses en Rice para desarrollar el sistema con Holloway yotros en el laboratorio de Veeraraghavan.
"Comenzamos haciendo una versión más grande de su microscopio, pero SAVI tiene desafíos técnicos adicionales. Resolverlos es de lo que se trata este documento", dijo Veeraraghavan.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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