Una cámara capaz de ver la luz en movimiento, ahora en 3D

Redacción | 16/10/2020

Un video tridimensional que muestra un pulso de luz láser que atraviesa un medio de dispersión de láser y rebota en superficies reflectantes.

Una tecnología que puede alcanzar velocidades de fotogramas por segundo suficientemente rápidas como para ver el viaje de la luz, ahora se supera a sí misma para recoger imágenes en tres dimensiones.

La nueva cámara, que utiliza la misma tecnología subyacente que las otras cámaras de fotografía ultrarrápida comprimida (CUP) de Lihong Wang, investigador de Caltech, es capaz de tomar hasta 100.000 millones de fotogramas por segundo. Eso es lo suficientemente rápido como para tomar 10.000 millones de fotografías, más imágenes que toda la población humana del mundo, en el tiempo que lleva parpadear.

Wang llama a la nueva iteración "fotografía ultrarrápida comprimida estereopolarimétrica de un solo disparo" o SP-CUP. Se describe en Nature Communications.

En la tecnología CUP, todos los fotogramas de un video se capturan en una acción sin repetir el evento. Esto hace que una cámara CUP sea extremadamente rápida (una buena cámara de teléfono celular puede tomar 60 cuadros por segundo). Wang agregó una tercera dimensión a estas imágenes ultrarrápidas al hacer que la cámara "vea" más como lo hacen los humanos.

Cuando una persona mira el mundo que la rodea, percibe que algunos objetos están más cerca de ella y otros más lejos. Esta percepción de profundidad es posible gracias a nuestros dos ojos, cada uno de los cuales observa los objetos y su entorno desde un ángulo ligeramente diferente. El cerebro combina la información de estas dos imágenes en una sola imagen tridimensional.

La cámara SP-CUP funciona esencialmente de la misma manera, dice Wang.

"La cámara es estéreo ahora", dice. "Tenemos una lente, pero funciona como dos mitades que proporcionan dos vistas con una compensación. Dos canales imitan nuestros ojos".

Al igual que nuestro cerebro lo hace con las señales que recibe de nuestros ojos, la computadora que ejecuta la cámara SP-CUP procesa los datos de estos dos canales en una película tridimensional.

TAMBIÉN CAPTA LA POLARIZACIÓN DE ONDAS DE LUZ
SP-CUP también presenta otra innovación que ningún ser humano posee: la capacidad de ver la polarización de las ondas de luz.

La polarización de la luz se refiere a la dirección en la que vibran las ondas de luz mientras viajan. Considere una cuerda de guitarra. Si se tira de la cuerda hacia arriba (digamos, con un dedo) y luego se suelta, la cuerda vibrará verticalmente. Si el dedo lo tira hacia los lados, la cuerda vibrará horizontalmente. La luz ordinaria tiene ondas que vibran en todas direcciones. Sin embargo, la luz polarizada se ha alterado para que todas sus ondas vibren en la misma dirección. Esto puede ocurrir por medios naturales, como cuando la luz se refleja en una superficie, o como resultado de una manipulación artificial, como ocurre con los filtros polarizadores.

Aunque nuestros ojos no pueden detectar la polarización de la luz directamente, el fenómeno se ha explotado en una variedad de aplicaciones: desde pantallas LCD hasta gafas de sol polarizadas y lentes de cámaras en óptica, hasta dispositivos que detectan tensiones ocultas en materiales y configuraciones tridimensionales de moléculas.

Wang dice que la combinación del SP-CUP de imágenes tridimensionales de alta velocidad y el uso de información de polarización lo convierte en una herramienta poderosa que puede ser aplicable a una amplia variedad de problemas científicos.

En particular, espera que ayude a los investigadores a comprender mejor la física de la sonoluminiscencia, un fenómeno en el que las ondas sonoras crean pequeñas burbujas en el agua u otros líquidos. A medida que las burbujas colapsan rápidamente después de su formación, emiten un estallido de luz.

"Algunas personas consideran que este es uno de los mayores misterios de la física", dice. "Cuando una burbuja colapsa, su interior alcanza una temperatura tan alta que genera luz. El proceso que hace que esto suceda es muy misterioso porque todo sucede muy rápido, y nos preguntamos si nuestra cámara puede ayudarnos a resolverlo".

Sentimiento general

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