Los científicos de EPFL han desarrollado un nuevo método de procesamiento de imágenes que puede capturar fenómenos extremadamente rápidos utilizando cualquier tipo de cámara. Su método, llamada la técnica del marco virtual, ofrece un mejor rendimiento que cualquier cámara comercial de alta velocidad y es asequible y accesible para cualquier persona.

Muchos fenómenos que ocurren en la naturaleza y la industria ocurren muy rápidamente:un desgarro que atraviesa un trozo de tela, una pelota de goma que rebota en un piso duro, una gota de agua humedeciendo una superficie seca y un trozo de cinta adhesiva que se está despegando, por ejemplo. La captura de imágenes de estos fenómenos ayudaría a los científicos a comprenderlos mejor, pero las cámaras convencionales no son lo suficientemente rápidas y las cámaras de alta velocidad son prohibitivamente caras.

Pero los científicos del Laboratorio de Mecánica de Ingeniería de Interfaces Blandas de EPFL, trabajando en asociación con investigadores de la Universidad de Harvard en el laboratorio SMR, han desarrollado un nuevo método de imagen llamado Virtual Frame Technique (VFT) que puede generar miles de imágenes de estos fenómenos a medida que ocurren paso a paso utilizando una foto tomada desde cualquier tipo de dispositivo, incluido un teléfono inteligente. Y lo que es más, Se ha demostrado que VFT funciona mejor que las cámaras de alta velocidad.

Trabajar con una foto convencional

El método comienza analizando una foto convencional. "Si usa una cámara normal para tomar una fotografía de una gota de agua que golpea una superficie seca, el movimiento del agua hará que la imagen se vea borrosa. Pero estas áreas borrosas son precisamente donde se está produciendo el fenómeno, tanto espacial como temporalmente. Eso es lo que utiliza nuestra técnica para reconstruir el fenómeno subyacente, "dice John Kolinski, profesor de la Escuela de Ingeniería de EPFL. En otras palabras, VFT funciona deconstruyendo las partes borrosas de las imágenes.

Un método para fenómenos binarios.

El primer paso es arrojar luz sobre el fenómeno tal como se toma la fotografía convencional, para que se puedan aprovechar las partes borrosas. "Este paso de iluminación inicial debe realizarse correctamente para que las partes borrosas de la imagen contengan la información correcta y se puedan utilizar. En este punto, el objeto debe tener un estado instantáneo cuantificable de bloquear completamente la luz o dejarla pasar por completo, "dice Kolinski. El siguiente paso es emplear métodos avanzados de procesamiento de imágenes para mejorar la resolución temporal de la imagen convencional y el esquema de iluminación específico, y luego convertirlo en una imagen binaria, es decir, que contiene píxeles blancos o negros.

Este método ofrece una ventaja porque muchos fenómenos naturales son binarios; por ejemplo, un trozo de tela está roto o no lo está, una superficie está húmeda o seca. Eso significa que solo se necesitan dos valores de escala de grises para representarlos, no es necesario el 15, 000+ valores de intensidad disponibles con cámaras convencionales. Al sacrificar la capacidad de resolver la intensidad, los científicos pudieron utilizar la profundidad de bits del sensor de la cámara, o la cantidad de información que el sensor puede obtener, para aumentar la velocidad de fotogramas conservando la resolución espacial completa. La resolución temporal se puede mejorar aún más ajustando la sincronización de un pulso de luz.

Fotos de lapso de tiempo durante períodos extremadamente cortos

Por lo tanto, VFT descompone una foto convencional de un objeto en movimiento rápido en miles de imágenes que muestran cada paso del proceso. "Es como tomar fotografías secuenciales de un fenómeno casi instantáneo, ", dice Kolinski. Los científicos probaron su técnica en fotografías tomadas con todo tipo de dispositivos, desde teléfonos inteligentes hasta sofisticadas cámaras profesionales, y descubrió que siempre daba como resultado una velocidad de fotogramas más rápida. Si bien se requiere una iluminación cuidadosa, el método es bastante general, y se ha utilizado para registrar una gran variedad de fenómenos, desde impactos de gotas hasta mecánica de fracturas.