Como un cómic que cobra vida Los investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado una especie de visión de rayos X, solo que sin los rayos X. Trabajar con hardware similar al que permite a los automóviles autónomos "ver" el mundo que los rodea, los investigadores mejoraron su sistema con un algoritmo altamente eficiente que puede reconstruir escenas ocultas tridimensionales basadas en el movimiento de partículas individuales de luz, o fotones. En pruebas, detallado en un artículo publicado el 9 de septiembre en Comunicaciones de la naturaleza , su sistema reconstruyó con éxito formas oscurecidas por espuma de 1 pulgada de espesor. Para el ojo humano es como ver a través de las paredes.

"Muchas técnicas de imágenes hacen que las imágenes se vean un poco mejor, un poco menos ruidoso, pero esto es realmente algo en lo que hacemos visible lo invisible, "dijo Gordon Wetzstein, profesor asistente de ingeniería eléctrica en Stanford y autor principal del artículo. "Esto realmente está empujando la frontera de lo que puede ser posible con cualquier tipo de sistema de detección. Es como una visión sobrehumana".

Esta técnica complementa otros sistemas de visión que pueden ver a través de barreras a escala microscópica, para aplicaciones en medicina, porque está más enfocada en situaciones a gran escala. como la navegación de automóviles autónomos en la niebla o la lluvia intensa y las imágenes satelitales de la superficie de la Tierra y otros planetas a través de una atmósfera brumosa.

Supersight de luz dispersa

Para ver a través de entornos que dispersan la luz en todas direcciones, el sistema empareja un láser con un detector de fotones súper sensible que registra cada bit de luz láser que lo golpea. Mientras el láser escanea una obstrucción como una pared de espuma, un fotón ocasional logrará atravesar la espuma, golpee los objetos ocultos detrás de él y vuelva a pasar a través de la espuma para llegar al detector. El software apoyado por el algoritmo luego usa esos pocos fotones, e información sobre dónde y cuándo golpean el detector, para reconstruir los objetos ocultos en 3-D.

Este no es el primer sistema con la capacidad de revelar objetos ocultos a través de entornos de dispersión, pero elude las limitaciones asociadas con otras técnicas. Por ejemplo, algunos requieren saber qué tan lejos está el objeto de interés. También es común que estos sistemas solo usen información de fotones balísticos, que son fotones que viajan hacia y desde el objeto oculto a través del campo de dispersión pero sin realmente dispersarse en el camino.

"Estábamos interesados ​​en poder obtener imágenes a través de medios de dispersión sin estas suposiciones y recolectar todos los fotones que se han dispersado para reconstruir la imagen, "dijo David Lindell, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica y autor principal del artículo. "Esto hace que nuestro sistema sea especialmente útil para aplicaciones a gran escala, donde habría muy pocos fotones balísticos ".

Para hacer que su algoritmo sea compatible con las complejidades de la dispersión, los investigadores tuvieron que codiseñar estrechamente su hardware y software, aunque los componentes de hardware que utilizaron son solo un poco más avanzados que los que se encuentran actualmente en los coches autónomos. Dependiendo del brillo de los objetos ocultos, el escaneo en sus pruebas tomó entre un minuto y una hora, pero el algoritmo reconstruyó la escena oculta en tiempo real y podría ejecutarse en una computadora portátil.

"No podías ver a través de la espuma con tus propios ojos, e incluso mirando las mediciones de fotones del detector, realmente no ves nada, "dijo Lindell." Pero, con solo un puñado de fotones, el algoritmo de reconstrucción puede exponer estos objetos, y no solo puede ver cómo se ven, pero donde están en el espacio 3-D ".

Espacio y niebla

Algún día, un descendiente de este sistema podría ser enviado a través del espacio a otros planetas y lunas para ayudar a ver a través de las nubes heladas a capas y superficies más profundas. En el término más cercano, a los investigadores les gustaría experimentar con diferentes entornos de dispersión para simular otras circunstancias en las que esta tecnología podría ser útil.

"Estamos entusiasmados de impulsar esto más allá con otros tipos de geometrías de dispersión, "dijo Lindell." Entonces, no solo objetos ocultos detrás de una gruesa losa de material, sino objetos que están incrustados en material densamente disperso, que sería como ver un objeto rodeado de niebla ".

Lindell y Wetzstein también están entusiasmados con la forma en que este trabajo representa una intersección profundamente interdisciplinaria de ciencia e ingeniería.

"Estos sistemas de detección son dispositivos con láser, detectores y algoritmos avanzados, lo que los coloca en un área de investigación interdisciplinaria entre el hardware y la física y las matemáticas aplicadas, ", dijo Wetzstein." Todos esos son críticos, campos centrales en este trabajo y eso es lo que más me emociona ".