Cámara Holográfica Dispersa Luz para Ver alrededor de las Esquinas

Un equipo de investigadores de la Universidad Northwestern ha inventado una nueva cámara de alta resolución que puede ver alrededor de las esquinas y a través de medios de dispersión, que pueden ser cualquier cosa, desde la piel hasta la niebla.

La investigación se publicó el 18 de noviembre en la revista Nature Communications. 

El nuevo método se llama holografía de longitud de onda sintética, y dispersa indirectamente la luz coherente sobre objetos ocultos. La luz coherente luego se dispersa nuevamente antes de viajar de regreso a una cámara. 

El siguiente paso es que un algoritmo reconstruya la señal de luz dispersa para revelar los objetos ocultos. Este nuevo método también podría imagen objetos en movimiento rápido, como el latido del corazón a través del pecho, gracias a su alta resolución temporal.

Imágenes fuera de la línea de visión

Hay un nombre para este campo de investigación relativamente nuevo que implica la imagen de objetos detrás de medios de dispersión: imágenes fuera de la línea de visión (NLoS). El nuevo método desarrollado por el equipo de investigación puede capturar rápidamente imágenes de campo completo de grandes áreas, y lo hace con precisión y exactitud extremas.

Dado el alto nivel de resolución, existe la posibilidad de que la cámara computacional pueda imagen a través de la piel para ver capilares diminutos.

Hay muchas aplicaciones potenciales para esta tecnología, incluyendo la imagen médica no invasiva. También podría usarse para sistemas de navegación de alerta temprana para automóviles y inspección industrial en espacios confinados.

Florian Willomitzer es el primer autor de la investigación.

“Nuestra tecnología dará lugar a una nueva ola de capacidades de imagen”, dijo Willomitzer. “Nuestros prototipos de sensores actuales utilizan luz visible o infrarroja, pero el principio es universal y podría extenderse a otras longitudes de onda. Por ejemplo, el mismo método podría aplicarse a ondas de radio para la exploración espacial o la imagen acústica submarina. Puede aplicarse a muchas áreas, y solo hemos arañado la superficie”.

Según Willomitzer, imaginar alrededor de una esquina y un órgano dentro del cuerpo humano son bastante similares. 

“Si alguna vez has intentado enfocar una linterna a través de tu mano, entonces has experimentado este fenómeno”, dijo Willomitzer. “Ves un punto brillante en el otro lado de tu mano, pero, teóricamente, debería haber una sombra proyectada por tus huesos, revelando la estructura de los huesos. En cambio, la luz que pasa los huesos se dispersa dentro del tejido en todas las direcciones, borra completamente la imagen de la sombra”.

Interceptación de la luz dispersa

Al interceptar la luz dispersa, la información inherente sobre su tiempo de viaje puede reconstruirse para revelar el objeto oculto.

“Nada es más rápido que la velocidad de la luz, así que si quieres medir el tiempo de viaje de la luz con alta precisión, entonces necesitas detectores extremadamente rápidos”, dijo Willomitzer. “Esos detectores pueden ser terriblemente costosos”.

Para superar este desafío, el equipo fusionó ondas de luz de dos láseres para generar una onda de luz sintética que pueda adaptarse específicamente a la imagen holográfica en diferentes escenarios de dispersión.

“Si puedes capturar el campo de luz completo de un objeto en un holograma, entonces puedes reconstruir la forma tridimensional del objeto en su totalidad”, dijo Willomitzer. “Hacemos esto de imagen holográfica alrededor de una esquina o a través de dispersores — con ondas sintéticas en lugar de ondas de luz normales”.

Dado que la luz viaja en trayectorias rectas, el nuevo dispositivo requiere una barrera opaca para ver alrededor de las esquinas. La luz se emite desde la unidad del sensor antes de rebotar en la barrera y golpear el objeto alrededor de la esquina. Luego rebota de regreso a la barrera y de regreso al detector de la unidad del sensor.

“Es como si pudiéramos plantar una cámara computacional virtual en cada superficie remota para ver el mundo desde la perspectiva de la superficie”, dijo Willomitzer.

Todo esto significa que la nueva tecnología podría reemplazar o complementar a los endoscopios para la imagen médica e industrial. A través de su uso, las cámaras flexibles ya no son necesarias para girar esquinas y moverse a través de espacios estrechos. En cambio, la holografía de longitud de onda sintética podría usar la luz para ver alrededor de estas esquinas.