Una configuración de cámara avanzada de la Universidad de Toronto puede ver la luz en movimiento desde cualquier perspectiva, abriendo caminos para sobre nuevos tipos de técnicas de detección 3D.
Los investigadores desarrollaron un sofisticado algoritmo de inteligencia artificial que puede simular cómo se vería una escena ultrarrápida (un pulso de luz que atraviesa una botella de refresco o rebota en un espejo) desde cualquier punto de observación.
El trabajo se publica en el servidor de preimpresión arXiv.
David Lindell, profesor adjunto del departamento de informática de la Facultad de Artes y Ciencias, dice que la hazaña requiere la capacidad de generar vídeos en los que la cámara parezca «volar» junto a los fotones de luz a medida que viajan.
«Nuestra tecnología puede capturar y visualizar la propagación real de la luz con el mismo detalle dramático y ralentizado», dice Lindell en un comunicado. «Obtenemos una visión del mundo en escalas de tiempo de velocidad de la luz que normalmente son invisibles».
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Los investigadores creen que el enfoque, que se presentó en la Conferencia Europea de Visión por Computadora de 2024, puede desbloquear nuevas capacidades en varias áreas de investigación importantes, incluidas: capacidades de detección avanzadas como imágenes sin línea de visión, un método que permite a los espectadores «ver» alrededor de las esquinas o detrás de obstáculos utilizando múltiples rebotes de luz; imágenes a través de medios de dispersión, como niebla, humo, tejidos biológicos o agua turbia; y reconstrucción 3D, donde es fundamental comprender el comportamiento de la luz que se dispersa varias veces.
SÍNTESIS DE VISTA NOVEDOSA
La innovación clave de los investigadores radica en el algoritmo de IA que desarrollaron para visualizar videos ultrarrápidos desde cualquier punto de vista, un desafío conocido en visión por computadora como «síntesis de vista novedosa».
Tradicionalmente, los nuevos métodos de síntesis de vistas están diseñados para imágenes o vídeos capturados con cámaras normales. Sin embargo, los investigadores ampliaron este concepto para manejar datos capturados por una cámara ultrarrápida que funciona a velocidades comparables a la de la luz, lo que planteó desafíos únicos, incluida la necesidad de que su algoritmo tuviera en cuenta la velocidad de la luz y modelara cómo se propaga a través de una escena.
A través de su trabajo, los investigadores observaron una visualización de la luz en movimiento con una cámara móvil, incluida la refracción a través del agua, el rebote en un espejo o la dispersión en una superficie. También demostraron cómo visualizar fenómenos que solo ocurren a una parte significativa de la velocidad de la luz, como predijo Albert Einstein.
Por ejemplo, visualizaron el «efecto reflector» que hace que los objetos sean más brillantes cuando se mueven hacia un observador, y la «contracción de longitud», donde los objetos que se mueven rápidamente parecen más cortos en la dirección en la que viajan. Los investigadores también pudieron crear una forma de ver cómo los objetos parecerían contraerse en longitud cuando se mueven a velocidades tan altas.
Si bien los algoritmos actuales para procesar videos ultrarrápidos generalmente se centran en analizar un solo video desde un solo punto de vista, los investigadores dicen que su trabajo es el primero en extender este análisis a videos de luz en vuelo con múltiples vistas, lo que permite el estudio de cómo se propaga la luz desde múltiples perspectivas.
«Nuestros videos de luz en vuelo con múltiples vistas sirven como una poderosa herramienta educativa, ofreciendo una forma única de enseñar la física del transporte de la luz», dice Malik. «Al capturar visualmente cómo se comporta la luz en tiempo real (ya sea refractándose a través de un material o reflejándose en una superficie), podemos obtener una comprensión más intuitiva del movimiento de la luz a través de una escena».
«Además, nuestra tecnología podría inspirar aplicaciones creativas en las artes, como la realización de películas o instalaciones interactivas, donde la belleza del transporte de la luz se puede utilizar para crear nuevos tipos de efectos visuales o experiencias inmersivas».
La investigación también tiene un potencial significativo para mejorar la tecnología de sensores LIDAR (Light Detection and Ranging) utilizada en vehículos autónomos. Por lo general, estos sensores procesan datos para crear imágenes 3D de inmediato. Pero el trabajo de los investigadores sugiere el potencial de almacenar los datos en bruto, incluidos los patrones de luz detallados, para ayudar a crear sistemas que funcionen mejor que el LIDAR convencional para ver más detalles, mirar a través de obstáculos y comprender mejor los materiales.
Europa Press