En las películas de detectives y en algunas de las series de televisión más famosas, no es raro ver una escena en la que el análisis de las imágenes ayuda a resolver casos prácticamente imposibles. Los expertos a menudo son capaces de hacer un acercamiento sorprendente a una fotografía en particular y, al hacerlo, encuentran detalles que cambian el curso de cualquier investigación.
Sin embargo, todo el mundo sabe que, en la vida real, no es así como funciona, tanto que el sujeto se convirtió en una broma En Internet. Si tomas una foto con tu mejor cámara y quieres mostrarle algo en detalle a tu amigo, ya está todo lleno de píxeles y difícil de ver. Si tenemos en cuenta la calidad de las cámaras de seguridad, el agujero es aún más pequeño.
Sin embargo, algunos investigadores en Israel y Alemania están desarrollando un modelo de trabajo diferente. Los científicos buscan aplicar métodos alternativos de procesamiento de imágenes, utilizando las leyes de la física para lograr detalles impresionantes y fotos más perfectas que una imagen de microscopio.
Lo que captan las cámaras
Primero, para entender el estudio, necesitas saber cómo “nace” una imagen. Cuando abre una foto en su computadora, ve un archivo que es una combinación de varios píxeles. ¿Y cómo se forma? Bueno, incluso antes de abrir una foto en su computadora, hay otro paso: transformar esos píxeles mientras todavía está tomando la foto.
Las fotos captan la luz (Fuente de la imagen: Reproducción/iStock)
Todas las cámaras tienen dos partes básicas: el objetivo y el obturador. Hay varios tipos diferentes, con diferentes lentes, diferentes tamaños, así como diferentes tiempos de exposición a la luz y rango de apertura del obturador.
Son esencialmente estas dos piezas las que determinan la dirección y la cantidad de luz reflejada del entorno (y los objetos insertados en él) que la cámara percibirá cuando tomes una foto.
En resumen: determinan cuánta información podemos ver en una fotografía, gracias a las ondas de luz espacial que capta la cámara, y luego dan forma a las imágenes.
Luego, usando un sensor (como un CCD o CMOS), la cámara digital captura la luz reflejada de los objetos fotografiados y la convierte en electrones. Finalmente, estos electrones se transforman en píxeles que forman una imagen.
Zoom: píxeles grandes e imagen degradada
El problema es que con las fotografías pixeladas, independientemente de la resolución de esas imágenes, siempre habrá una limitación de zoom. Si toma una imagen de 10, 15 o incluso 50 megapíxeles, por ejemplo, y comienza a hacer zoom, llegará un momento en que solo tendrá cuadrados enormes en su pantalla.
Olvidé los detalles
Mencionamos anteriormente que la cámara construye la imagen al detectar ondas de luz espaciales del entorno y los objetos fotografiados. Resulta que incluso si puedes contar con la mejor y más cara cámara del mundo, algunas de estas ondas no serán capturadas por el dispositivo.
Esto sucede porque las ondas de luz provienen de varios puntos diferentes. Si enciende algo con una bombilla, digamos una superficie metálica redonda (para un ejemplo más simple), puede ver que la luz se reflejará de diferentes maneras, en todas las direcciones. Esto también termina generando varias ondas de luz diferentes. En fotografía, esto se llama difracción.
Difracción (Fuente de la imagen: Reproducción/Wikimedia Commons)
Para que puedas “visualizar” esta reacción, utilizaremos una explicación más figurativa. Cuando alguien arroja una piedra a un lago, es posible percibir las ondas generadas por su impacto en el agua, ¿no es así?
Sin embargo, si arrojas varios objetos en el mismo lago, todos al mismo tiempo y cayendo cerca uno del otro, habrá una mezcla de ondas, lo que no te permitirá identificar cuál fue la reacción que generó una piedra en particular. Entonces terminas viendo muchas olas, algunas rompiendo y otras destacándose del resto.
Esto sucede de manera similar con los puntos luminosos captados por una cámara, que no percibe estas ondas reflejadas, también llamadas aquí ondas evanescentes.
Y son estas ondas las que los investigadores están tratando de identificar, todo para poder generar imágenes casi perfectas que contengan todos los detalles del entorno.
Compara ondas de luz
El trabajo de los científicos podría ser más sencillo. Durante los primeros intentos, adivinaron la forma de las ondas de luz evanescente y, a partir de ahí, recalcularon la imagen. Luego realizaron comparaciones de la foto original con estas cuentas.
Teóricamente, si las dos «versiones» coincidieran, sería posible reconstruir la imagen, esta vez obteniendo todos los detalles que no habían sido revelados antes. Sin embargo, para desgracia de los investigadores, terminó revelando nada más y nada menos que la misma imagen original obtenida antes.
Sin embargo, esto no disuadió a los investigadores. Luego se embarcaron en un análisis más profundo, buscando comprender la densidad de información que traen las luces en sus ondas espaciales. Recuerdas el hecho de que la luz se refleja en todas las direcciones y de diferentes maneras, ¿no? Los científicos también.
Comparación de ondas (Fuente de la imagen: Cría/Naturaleza)
Por eso, encontraron la manera de representar todo esto en una especie de gráfico, formado por cubos de diferentes tamaños y amplitudes. En este conjunto completo de cuadrados, la mayoría de los valores mostrados se reducen prácticamente a cero. A partir de ahí, un algoritmo de reconstrucción desarrollado por los investigadores es capaz de identificar correctamente los detalles ocultos allí.
Entonces, este algoritmo es capaz de expandir el conjunto de ondas y frecuencias espaciales que representan la imagen. Así, para perfeccionar la foto, también modifica las amplitudes de las ondas, dilatándolas hasta que recuperan la forma de la fotografía original.
Esto se hace para que funcione como un filtro, es decir, la imagen debe proporcionar más información, pero tampoco puede presentar nuevos ruidos que hagan que su visualización sea incorrecta. Por lo tanto, tiene que identificar los datos y también limpiar la nueva foto.
Los estudios han encontrado resultados positivos (Fuente de la imagen: Cría/Naturaleza)
Cuando lo logra, las características de las imágenes se revelan con más información, recreando los detalles de las ondas de luz que no se habían mostrado antes. El proceso ha sido llamado difracción coherente.
Durante sus pruebas, los científicos lograron obtener resultados positivos. Tomaron varias fotos de una superficie cubierta de cromo y vidrio, que también tenía varios agujeros pequeños agrupados. Los agujeros estaban espaciados de modo que un microscopio ordinario pudiera ver estos grupos, pero no podría mostrar cada agujero individualmente.
El estudio con el algoritmo consiguió recrear prácticamente las fotografías, haciéndolas mostrar más detalle y presentando una resolución muy superior a las imágenes obtenidas con el propio microscopio, ilustrando cada agujero por separado.
lejos de aplicarse
Aunque los resultados de los estudios son emocionantes, el concepto desarrollado por los científicos aún está lejos de tener una aplicabilidad real. Efectivamente, las pruebas que realizaron incluían varios factores que facilitaban el estudio, como el hecho de que habían calculado la disposición exacta de los agujeros, además del gran contraste de las fotos tomadas (los agujeros eran negros y la superficie cromada). y vidrio).
Las tecnologías CSI seguirán estando en la televisión por un tiempo (Fuente de la imagen: Reproducción/iMDb)
En fotografías normales y en un escenario más realista, casi nadie encontrará tanta diferencia de colores en una misma imagen, lo que hace que este tipo de trabajo sea mucho más difícil de conseguir.
La pregunta es: ¿será más fácil poder poner en práctica este tipo de tecnología o simplemente trabajar en el desarrollo de cámaras cada vez más potentes que alcancen los millones de megapíxeles?
La fuente: naturaleza, Noche Blanca, Universidad de Cornell, CESE, Innovación tecnológica y Periódico científico.