Los ingenieros de la Universidad de Duke han desarrollado un método para extraer una imagen en color de una sola exposición de luz dispersa a través de un material mayormente opaco. La técnica tiene aplicaciones en una amplia gama de campos, desde la salud hasta la astronomía.

El estudio apareció en línea el 9 de julio en la revista Optica .

"Otros han podido reconstruir imágenes en color a partir de luz dispersa, pero esos métodos tenían que sacrificar la resolución espacial o requerían una caracterización previa del dispersor por adelantado, que con frecuencia no es posible, "dijo Michael Gehm, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en Duke. "Pero nuestro enfoque evita todos esos problemas".

Cuando la luz se dispersa al pasar a través de un material translúcido, el patrón emergente de "moteado" parece tan aleatorio como estático en una pantalla de televisión sin señal. Pero no es aleatorio. Debido a que la luz que proviene de un punto de un objeto viaja por un camino muy similar al de la luz que proviene de un punto adyacente, el patrón de motas de cada uno se ve muy similar, simplemente se movió ligeramente.

Con suficientes imágenes, Los astrónomos solían utilizar este fenómeno de "efecto de memoria" para crear imágenes más claras del cielo a través de una atmósfera turbulenta. siempre que los objetos de los que se toman imágenes sean lo suficientemente compactos.

Si bien la técnica cayó en desgracia con el desarrollo de la óptica adaptativa, que hacen el mismo trabajo usando espejos ajustables para compensar la dispersión, recientemente se ha vuelto popular una vez más. Dado que las cámaras modernas pueden grabar cientos de millones de píxeles a la vez, sólo se necesita una exposición para que las estadísticas funcionen.

Si bien este enfoque puede reconstruir una imagen dispersa, tiene limitaciones en el ámbito del color. Los patrones de motas creados por diferentes longitudes de onda suelen ser imposibles de desenredar entre sí.

El nuevo enfoque de imágenes con efecto de memoria desarrollado por los autores Xiaohan Li, un doctorado estudiante en el laboratorio de Gehm, Joel Greenberg, profesor investigador asociado de ingeniería eléctrica e informática, y Gehm rompe esta limitación.

El truco consiste en utilizar una apertura codificada seguida de un prisma. Una apertura codificada es básicamente un filtro que permite que la luz atraviese algunas áreas pero no otras en un patrón específico. Después de que el moteado esté "marcado" por la apertura codificada, pasa a través de un prisma que hace que diferentes frecuencias de luz se difundan entre sí.

Esto hace que el patrón de la apertura codificada cambie ligeramente en relación con la imagen capturada por el detector. Y la cantidad que cambia está directamente relacionada con el color de la luz que la atraviesa.

"Este cambio es pequeño en comparación con el tamaño general de lo que se está fotografiando, y como nuestro detector no es sensible al color, crea una combinación desordenada, ", dijo Li." Pero el cambio es suficiente para darle a nuestro algoritmo un punto de apoyo para burlarse de los patrones de motas individuales aparte de cada color, y a partir de eso podemos averiguar cómo se ve el objeto para cada color ".

Los investigadores muestran que, centrándose en cinco canales espectrales correspondientes al violeta, verde y tres tonos de rojo, la técnica puede reconstruir una letra "H" llena de rosas matizados, amarillos y azules. Fuera de esta difícil prueba de principio, los investigadores creen que su enfoque podría encontrar aplicaciones en campos como la astronomía y la salud.

En astronomía, el contenido de color de la luz procedente de fenómenos astronómicos contiene información valiosa sobre su composición química, y el moteado se crea a menudo cuando la luz es distorsionada por la atmósfera. De manera similar en la atención médica, el color puede decirles a los investigadores algo sobre la composición molecular de lo que se está fotografiando, o puede usarse para identificar biomoléculas que se han marcado con marcadores fluorescentes.

"Hay muchas aplicaciones en las que la gente realmente quiere saber cuánta energía hay en bandas espectrales específicas emitidas por objetos ubicados detrás de oclusiones opacas, ", dijo Greenberg." Hemos demostrado que este enfoque puede lograr este objetivo en todo el espectro visible. Conocer el patrón de apertura y cuánto cambia en función de la longitud de onda proporciona la clave que necesitamos para desenredar la suma desordenada en canales separados ".