Junto con volar e invisibilidad, En lo más alto de la lista de superpoderes a los que aspira cada niño, está la capacidad de ver a través o alrededor de paredes u otros obstáculos visuales. Esa capacidad es ahora un gran paso más cerca de la realidad, ya que científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad de Zaragoza en España, aprovechando las lecciones de la óptica clásica, han demostrado que es posible obtener imágenes de escenas ocultas complejas utilizando una "cámara virtual" proyectada para ver alrededor de las barreras.

La tecnología se describe en un informe de hoy (5 de agosto de 2019) en la revista Naturaleza . Una vez perfeccionado, podría utilizarse en una amplia gama de aplicaciones, desde defensa y socorro en casos de desastre hasta fabricación e imágenes médicas. El trabajo ha sido financiado en gran parte por el ejército a través de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DARPA) y por la NASA. que visualiza la tecnología como una forma potencial de mirar dentro de las cuevas ocultas en la luna y Marte.

Las tecnologías para lograr lo que los científicos llaman "imágenes sin visibilidad directa" se han estado desarrollando durante años, pero los desafíos técnicos los han limitado a imágenes borrosas de escenas simples. Los desafíos que podrían superarse con el nuevo enfoque incluyen imágenes de escenas ocultas mucho más complejas, viendo alrededor de múltiples esquinas y tomando videos.

"Esta imagen sin línea de visión existe desde hace un tiempo, "dice Andreas Velten, profesor de bioestadística e informática médica en la Facultad de Medicina y Salud Pública de la Universidad de Washington y autor principal del nuevo Naturaleza estudio. "Ha habido muchos enfoques diferentes".

La idea básica de las imágenes sin línea de visión, Velten dice:gira en torno al uso de indirectos, Luz reflejada, una especie de eco ligero, para capturar imágenes de una escena oculta. Los fotones de miles de pulsos de luz láser se reflejan en una pared u otra superficie a una escena oscurecida y se refleja, la luz difusa rebota en los sensores conectados a una cámara. Las partículas de luz o fotones recapturados se utilizan para reconstruir digitalmente la escena oculta en tres dimensiones.

"Enviamos pulsos de luz a una superficie y vemos que la luz regresa, y de eso podemos ver lo que hay en la escena oculta, "Velten explica.

El trabajo reciente de otros grupos de investigación se ha centrado en mejorar la calidad de la regeneración de escenas en condiciones controladas utilizando escenas pequeñas con objetos individuales. El trabajo presentado en el nuevo Naturaleza el informe va más allá de las escenas simples y aborda las limitaciones principales de la tecnología de imágenes sin línea de visión existente, incluidas las distintas calidades de los materiales de las paredes y superficies de los objetos ocultos, grandes variaciones en el brillo de diferentes objetos ocultos, interreflexión compleja de la luz entre objetos en una escena oculta, y las enormes cantidades de datos ruidosos que se utilizan para reconstruir escenas más grandes.

Juntos, esos desafíos han obstaculizado las aplicaciones prácticas de los sistemas emergentes de imágenes sin visibilidad directa.

Velten y sus colegas, incluyendo a Diego Gutiérrez de la Universidad de Zaragoza, dio la vuelta al problema, mirándolo a través de un prisma más convencional aplicando las mismas matemáticas que se utilizan para interpretar imágenes tomadas con sistemas de imágenes de línea de visión convencionales. El nuevo método supera el uso de un solo algoritmo de reconstrucción y describe una nueva clase de algoritmos de imágenes que comparten ventajas únicas.

Sistemas convencionales, señala Gutiérrez, interpretar la luz difractada como ondas, que se pueden formar en imágenes aplicando transformaciones matemáticas bien conocidas a las ondas de luz que se propagan a través del sistema de imágenes.

En el caso de imágenes sin visibilidad directa, el desafío de imaginar una escena oculta, dice Velten, se resuelve reformulando el problema de imágenes sin línea de visión como un problema de difracción de ondas y luego utilizando transformaciones matemáticas conocidas de otros sistemas de imágenes para interpretar las ondas y reconstruir una imagen de una escena oculta. Al hacer esto, el nuevo método convierte cualquier pared difusa en una cámara virtual.

"Lo que hicimos fue expresar el problema mediante ondas, "dice Velten, quien también tiene nombramientos en la facultad en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de UW-Madison y en el Departamento de Bioestadística e Informática Médica, y está afiliado al Instituto Morgridge de Investigación y al Laboratorio de Instrumentación Óptica y Computacional de la UW-Madison. "Los sistemas tienen las mismas matemáticas subyacentes, pero descubrimos que nuestra reconstrucción es sorprendentemente sólida, incluso usando datos realmente malos. Puedes hacerlo con menos fotones ".

Usando el nuevo enfoque, El equipo de Velten demostró que se pueden crear imágenes de escenas ocultas a pesar de los desafíos de la complejidad de la escena, diferencias en los materiales del reflector, luz ambiental dispersa y diferentes profundidades de campo para los objetos que componen una escena.

La capacidad de proyectar esencialmente una cámara de una superficie a otra sugiere que la tecnología se puede desarrollar hasta un punto en el que sea posible ver alrededor de múltiples esquinas:"Esto debería permitirnos tomar imágenes alrededor de un número arbitrario de esquinas, "dice Velten." Para hacerlo, la luz tiene que sufrir múltiples reflejos y el problema es ¿cómo se separa la luz que proviene de diferentes superficies? Esta 'cámara virtual' puede hacer eso. Esa es la razón de la escena compleja:hay múltiples rebotes y la complejidad de la escena que imaginamos es mayor que lo que se ha hecho antes ".

Según Velten, la técnica se puede aplicar para crear versiones proyectadas virtuales de cualquier sistema de imágenes, incluso cámaras de video que capturan la propagación de la luz a través de la escena oculta. El equipo de Velten, De hecho, usó la técnica para crear un video de transporte de luz en la escena oculta, permitiendo la visualización de la luz que rebota hasta cuatro o cinco veces, cuales, según el científico de Wisconsin, puede ser la base para que las cámaras vean alrededor de más de una esquina.

La tecnología podría mejorarse más y más drásticamente si se pudieran idear conjuntos de sensores para capturar la luz reflejada en una escena oculta. Los experimentos descritos en el nuevo Naturaleza el papel dependía de un solo detector.

En medicina, la tecnología es prometedora para cosas como la cirugía robótica. Ahora, El campo de visión del cirujano está restringido al realizar procedimientos sensibles en el ojo. por ejemplo, y la técnica desarrollada por el equipo de Velten podría proporcionar una imagen más completa de lo que sucede alrededor de un procedimiento.

Además de ayudar a resolver muchos de los desafíos técnicos de las imágenes sin línea de visión, La tecnología, Velten notas, se puede fabricar para que sea económico y compacto, lo que significa que las aplicaciones del mundo real son solo cuestión de tiempo.