Bell Labs inventa la cámara sin lente

El método tradicional de obtención de imágenes, que tiene al menos 150 años, se basa en una lente para crear una imagen y un dispositivo para registrar fotones, como una matriz de píxeles, una película sensible a la luz o incluso una retina.

Pero una revolución dramática que actualmente está tomando el mundo de la imagen por asalto significa que esto podría cambiar pronto.

Esta revolución se basa en una técnica llamada detección por compresión, que se basa en la idea de que muchas mediciones comunes tienen una enorme redundancia. Eso significa que es posible adquirir los mismos datos con solo una fracción de las medidas cuidadosamente seleccionadas.

El truco, por supuesto, es saber qué medidas tomar y cómo volver a montarlas. Varios equipos han estado experimentando con entusiasmo con esta idea. En enero, por ejemplo, analizamos un grupo que había creado imágenes en 3D utilizando un solo píxel de esta manera.

Hoy en día, esta revolución gana ritmo porque Gang Huang y sus amigos de Bell Labs en Nueva Jersey dicen que han utilizado la detección por compresión para construir una cámara que no necesita lentes y usa solo un píxel de detección para tomar fotografías. Además, las imágenes de esta cámara nunca están desenfocadas.

El nuevo dispositivo es de naturaleza simple. La arquitectura consta de dos componentes, un conjunto de apertura y un sensor. No se utilizan lentes, dicen Huang y compañía. Consiste en un panel LCD que actúa como una serie de aberturas que permiten que pase la luz y un sensor único capaz de detectar tres colores de luz.

Cada apertura en la matriz de LCD es direccionable individualmente y, por lo tanto, puede abrirse para permitir que la luz pase o se cierre. Un aspecto importante de este tipo de imágenes es que la matriz de aberturas abiertas y cerradas debe ser aleatoria.

El proceso de creación de una imagen es sencillo. Comienza con el sensor que registra la luz de la escena que ha pasado a través de una serie aleatoria de aberturas en el panel LCD. Luego registra la luz de una matriz aleatoria diferente y luego otra y así sucesivamente.

Aunque aparentemente al azar, cada una de estas instantáneas está correlacionada porque registran la misma escena de una manera diferente. Y esta es la clave que usa el equipo para reensamblar una imagen. El proceso de detección por compresión analiza los datos en busca de esta correlación que luego utiliza para recrear la imagen.

Claramente, cuantas más instantáneas se tomen, mejor será la imagen. Pero es posible crear una imagen bastante buena utilizando solo una pequeña fracción de los datos que requeriría una imagen convencional.

Por ejemplo, el equipo de Bell Labs tomó la imagen de los libros (arriba) usando solo una cuarta parte de los datos que podrían haber registrado.

De hecho, cuanto menos detalle hay en la escena, menos datos se requieren para reconstruirla.

Esta revolucionaria cámara sin lente tiene una serie de ventajas sobre una cámara convencional. Primero está la pequeña cantidad de datos necesarios para crear imágenes. Sin una lente, estas imágenes no sufren ninguna de las aberraciones y problemas de enfoque asociados con las lentes. La escena está completamente enfocada y la resolución de la imagen depende del tamaño y número de aperturas y de la naturaleza puntual del sensor de luz.

Al usar dos sensores detrás de la misma matriz de apertura, es posible crear dos imágenes diferentes de la escena al mismo tiempo. De hecho, múltiples sensores producen múltiples imágenes.

Además, el dispositivo es simple y económico. Huang y sus amigos construyeron su prototipo utilizando componentes baratos listos para usar a los que cualquiera tendría acceso.

Lo mejor de todo es que el mismo enfoque funciona para otras longitudes de onda de luz, como las ondas infrarrojas y milimétricas. Por lo tanto, también debería ser posible crear cámaras relativamente baratas para estas longitudes de onda.

La desventaja, al menos por el momento, es que se necesita tiempo para adquirir los datos de cada imagen. Por tanto, la cámara solo crea imágenes de escenas fijas.

Pero incluso eso es útil para la vigilancia, ya que es posible comparar imágenes consecutivas de la misma escena para determinar cosas que han cambiado o para calcular la velocidad de los objetos en movimiento.

Es un trabajo impresionante que probablemente tendrá consecuencias de gran alcance en la forma en que registramos el mundo que nos rodea. Espere escuchar mucho más sobre imágenes de compresión, o imágenes fantasma, como a veces se las llama, en un futuro próximo.

También es interesante ver cómo Bell Labs se vuelve a poner en práctica. Esta es una organización con una historia venerable pero un pasado reciente tumultuoso. Con avances como este, siempre existe la posibilidad de que pueda recuperar algo de su antigua gloria.

Ref: arxiv.org/abs/1305.7181 : Imágenes sin lente por detección de compresión

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