Câmera Holográfica Espalha Luz para Ver em Cantos

Uma equipe de pesquisadores da Northwestern University inventou uma nova câmera de alta resolução que pode ver em cantos e através de meios de dispersão, que podem ser qualquer coisa, desde a pele até a névoa.

A pesquisa foi publicada em 18 de novembro na revista Nature Communications.

O novo método é chamado de holografia de comprimento de onda sintética, e ele dispersa indiretamente luz coerente em objetos ocultos. A luz coerente então se dispersa novamente antes de viajar de volta para a câmera.

A próxima etapa é para um algoritmo reconstruir o sinal de luz dispersa para revelar os objetos ocultos. Esse novo método também pode imagens de objetos em movimento rápido, como o coração batendo através do peito, graças à sua alta resolução temporal.

Imagem Fora da Linha de Visão

Há um nome para esse campo de pesquisa relativamente novo que envolve a imagem de objetos atrás de meios de dispersão: imagem fora da linha de visão (NLoS). O novo método desenvolvido pela equipe de pesquisa pode capturar rapidamente imagens de campo completo de grandes áreas, e o faz com precisão e precisão extremas.

Dada a alta resolução, há uma possibilidade de a câmera computacional imagens através da pele para ver capilares pequenos.

Há muitas aplicações potenciais para essa tecnologia, incluindo imagem médica não invasiva. Ela também pode ser usada para sistemas de navegação de alerta precoce para automóveis e inspeção industrial em espaços confinados.

Florian Willomitzer é o primeiro autor da pesquisa.

“Nossa tecnologia vai trazer uma nova onda de capacidades de imagem”, disse Willomitzer. “Nossos protótipos de sensores atuais usam luz visível ou infravermelha, mas o princípio é universal e pode ser estendido a outras comprimentos de onda. Por exemplo, o mesmo método pode ser aplicado a ondas de rádio para exploração espacial ou imagem acústica subaquática. Ele pode ser aplicado a muitas áreas, e nós apenas arranhamos a superfície.”

De acordo com Willomitzer, imagens em torno de uma esquina e um órgão dentro do corpo humano são na verdade bastante semelhantes.

“Se você já tentou brilhar uma lanterna através da sua mão, então você experimentou esse fenômeno”, disse Willomitzer. “Você vê um ponto brilhante no outro lado da sua mão, mas, teoricamente, deveria haver uma sombra projetada pelos seus ossos, revelando a estrutura dos ossos. Em vez disso, a luz que passa pelos ossos se dispersa dentro do tecido em todas as direções, borrando completamente a imagem da sombra.”

Interceptando Luz Dispersa

Ao interceptar a luz dispersa, a informação inerente sobre o tempo de viagem pode ser reconstruída para revelar o objeto oculto.

“Nada é mais rápido do que a velocidade da luz, então, se você quiser medir o tempo de viagem da luz com alta precisão, então você precisa de detectores extremamente rápidos”, disse Willomitzer. “Tais detectores podem ser terrivelmente caros.”

Para superar esse desafio, a equipe mesclou ondas de luz de dois lasers para gerar uma onda de luz sintética que pode ser especificamente adaptada para imagem holográfica em diferentes cenários de dispersão.

“Se você pode capturar o campo de luz completo de um objeto em um holograma, então você pode reconstruir a forma tridimensional do objeto em sua totalidade”, disse Willomitzer. “Nós fazemos isso imagem holográfica em torno de uma esquina ou através de dispersores — com ondas sintéticas em vez de luz normal.”

Dado que a luz viaja em caminhos retos, o novo dispositivo requer uma barreira opaca para ver em cantos. A luz é emitida da unidade do sensor antes de quicar na barreira e atingir o objeto em torno da esquina. Ela então quica de volta na barreira e de volta no detector da unidade do sensor.

“É como se pudéssemos plantar uma câmera computacional virtual em cada superfície remota para ver o mundo a partir da perspectiva da superfície”, disse Willomitzer.

Tudo isso significa que a nova tecnologia pode substituir ou complementar endoscópios para imagem médica e industrial. Com seu uso, câmeras flexíveis não são mais necessárias para virar cantos e se mover em espaços apertados. Em vez disso, a holografia de comprimento de onda sintética pode usar luz para ver em torno desses cantos.