Cámara ultrarrápida que obtiene películas en 3-D a 100 mil millones de fotogramas por segundo

Ciencia tecnología e innovación El Mundo Al Instante 20 de octubre de 2020
Camara-ultrarapida

Un video tridimensional muestra un pulso de luz láser que pasa a través de un medio de dispersión láser y rebota en superficies reflectantes. (Foto: Caltech)
En su búsqueda por traer cámaras cada vez más rápidas al mundo, Lihong Wang, del Caltech, ha desarrollado una tecnología que puede alcanzar velocidades vertiginosas de 70 billones de fotogramas por segundo, lo suficientemente rápido para ver el viaje de la luz. Sin embargo, al igual que la cámara de nuestro teléfono móvil, solo puede producir imágenes planas.

Ahora, el laboratorio de Wang ha ido un paso más allá para crear una cámara que no solo graba vídeo a velocidades increíblemente rápidas, sino que lo hace en tres dimensiones. Wang, Profesor de Ingeniería Médica y Eléctrica en el Departamento de Ingeniería Médica, describe el dispositivo en un nuevo artículo en la revista Nature Communications.

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

Wang llama a su nueva técnica SP-CUP, o “fotografía ultrarrápida comprimida estereopolarimétrica de disparo único”.

En la tecnología CUP, todos los fotogramas de un vídeo son capturados en una acción sin repetir el evento. Esto hace que una cámara CUP sea extremadamente rápida (una buena cámara de teléfono móvil puede tomar 60 fotogramas por segundo). Wang añadió una tercera dimensión a estas imágenes ultrarrápidas haciendo que la cámara “vea” más como lo hacen los humanos.

Cuando una persona mira el mundo que le rodea, percibe que algunos objetos están más cerca y otros más lejos. Esta percepción de profundidad es posible gracias a nuestros dos ojos, cada uno de los cuales observa los objetos y sus alrededores desde un ángulo ligeramente diferente. La información de estas dos imágenes es combinada por el cerebro en una sola imagen en 3-D. La cámara SP-CUP funciona esencialmente de la misma manera, dice Wang.

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

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

SP-CUP también presenta otra innovación que ningún 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 las ondas de luz vibran al viajar. Consideremos una cuerda de guitarra. Si se tira de la cuerda hacia arriba (por ejemplo, con un dedo) y luego se suelta, la cuerda vibrará verticalmente. Si el dedo la tira de lado, la cuerda vibrará horizontalmente. La luz ordinaria tiene ondas que vibran en todas las direcciones. La luz polarizada, sin embargo, ha sido alterada de manera que sus ondas vibran todas 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 directamente la polarización de la luz, el fenómeno se ha explotado en una serie de aplicaciones: desde las pantallas LCD a las gafas de sol polarizadas y las lentes de cámara en la óptica, hasta los dispositivos que detectan la tensión oculta en los materiales y las configuraciones tridimensionales de las moléculas.

Wang dice que la combinación de imágenes tridimensionales de alta velocidad del sistema SP-CUP y el uso de información de polarización lo convierten 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 diminutas 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 ocurra es muy misterioso porque todo sucede muy rápido, y nos preguntamos si nuestra cámara puede ayudarnos a resolverlo”.

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