La luz nos permite ver aquello que está delante de nosotros. Un grupo de científicos propone utilizarla, además, para revelar lo que está oculto. Investigadores de las universidades de Zaragoza y Wisconsin-Madison han demostrado que es posible reconstruir escenas complejas que se desarrollan fuera de la línea de visión utilizando una cámara virtual, capaz de visualizar lo que está al otro lado de un obstáculo.

Los detalles se describen este lunes en la revista Nature.

La clave es el uso de partículas de luz, proyectadas de forma indirecta sobre la escena oculta mediante pulsiones de láser que rebotan en las superficies, de manera similar al eco en las ondas acústicas. 30 picosegundos después de cada pulsión, unos sensores especiales capturan esos fotones de vuelta. “Cada pared se convierte entonces en una cámara de fotos virtual”, señala Diego Gutiérrez, profesor de la Universidad de Zaragoza y miembro del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón. El análisis de esas partículas rebotadas proporciona la información necesaria para reconstruir digitalmente la escena oculta en tres dimensiones.

Aunque en la última década diferentes laboratorios han desarrollado varios métodos para obtener imágenes fuera de la línea de visión, la complejidad técnica ha limitado los resultados a imágenes borrosas de escenas simples. Sin embargo este nuevo enfoque permite superar esas limitaciones y capturar imágenes de escenas ocultas mucho más complejas, incluso en condiciones reales, fuera de ensayos de laboratorio. “Nos dimos cuenta de que, si una cámara de fotos puede captar una imagen independientemente de la complejidad de la escena, el mismo principio debía poder aplicarse a nuestro trabajo”, explica Gutiérrez.

Mientras otras aproximaciones se habían basado en la intensidad de la luz reflejada para extraer información, en este caso los autores han trabajado a partir del comportamiento de la onda lumínica. “Expresando la luz como una onda encontramos mucha información valiosa que hasta ahora no estábamos usando”, señala el investigador.

Ver a través de varias esquinas

De esta forma la reconstrucción de la escena oculta se realiza a través de la difracción de onda, aplicando principios físicos conocidos desde hace más de 150 años -como la llamada óptica de Fourier- y que ya estaban siendo puestos en práctica por casi todos los sistemas de captura de imágenes para interpretar las ondas y reconstruir la escena. “Nuestros sistemas tienen la misma matemática subyacente que antes, pero consiguen una reconstrucción sorprendentemente precisa, incluso usando datos realmente malos”, añade Andreas Velten, profesor de bioestadística e informática médica en la universidad estadounidense de Winsconsin-Madison.

Con este nuevo enfoque los científicos han creado un método que permite la visualización en condiciones reales, independientemente de las diferencias en los materiales de los muros, la dispersión de la luz ambiental o las diferentes profundidades de campo. Además, esa capacidad de proyectar una cámara de una superficie a otra sugiere que la tecnología tiene el potencial de ver alrededor de múltiples esquinas. “Para ello la luz tiene que pasar por múltiples reflejos”, explica Velten, “el problema estaba en cómo separar la luz que viene de diferentes superficies. Pero esta ‘cámara virtual’ puede hacerlo”.

Interés del gobierno de EEUU

El artículo se apoya sobre una investigación realizada en 2013 por científicos del MIT -en el que ya colaboraron Velten y Gutiérrez- que desarrolló un mecanismo capaz de captar un billón de fotogramas por segundo, gracias a un láser con una frecuencia de un femtosegundo. “Este trabajo en Nature es un poco la culminación del camino iniciado entonces”, señala el investigador español.

Precisamente los prometedores resultados de investigaciones como aquella llevaron al departamento de Defensa de Estados Unidos a interesarse por el potencial de esta tecnología. Así nació el programa REVEAL para el Aumento Revolucionario de la Visibilidad mediante la Explotación de los Campos de Luz Activos, con una dotación de 27 millones de dólares. “Es un proceso curioso, en el que se seleccionan varios laboratorios que trabajan en diferentes equipos y en cada fase van eliminando los que consideran menos prometedores”, explica Gutiérrez. “Ver caer a grandes universidades como Princeton mientras la Universidad de Zaragoza y su equipo seguíamos adelante es motivo de orgullo”.

Posibles aplicaciones

Los autores creen que este trabajo también crea las condiciones para desarrollar una tecnología más económica y compacta, lo que acerca su aplicación en el mundo real. El potencial en este campo va desde aplicaciones militares o de servicios de espionaje hasta la navegación de coches autónomos, pasando por imágenes para asistir a los cirujanos o misiones de búsqueda y rescate. La NASA sigue con especial interés su desarrollo, al ver esta tecnología como una forma de explorar las cuevas de la Luna.

En cualquier caso, los investigadores señalan que la tecnología aún tiene margen de mejora, por ejemplo si se pudieran diseñar conjuntos de sensores para capturar la luz reflejada en varios puntos. Los experimentos descritos en el artículo han usado un solo sensor. “La tecnología viene un poco a lomos de la Ciencia”, explica Gutiérrez. “Hemos creado las condiciones que permiten sacar esta técnica del laboratorio, pero de momento seguimos necesitando unos pulsos de luz que todavía son complejos y caros”.

Fuente: elmundo.es