Uma câmera exclusiva que pode capturar uma imagem detalhada com resolução em mícron à distância usa um laser e técnicas que emprestam da holografia, microscopia e bullet time no estilo "Matrix".

Um protótipo construído e testado por engenheiros das universidades Rice and Northwestern lê um ponto iluminado por um laser e captura o padrão de "manchas" com um sensor de câmera. Dados brutos de dezenas de posições de câmeras são enviados a um programa de computador que os interpreta e constrói uma imagem de alta resolução.

O sistema conhecido como SAVI - para "Aberturas sintéticas para longo alcance, subdiffraction-limited Visible Imaging "- não precisa de lentes longas para tirar uma foto de um objeto distante. O protótipo só funciona com fontes de iluminação coerentes, como lasers, mas Ashok Veeraraghavan, um professor assistente de engenharia elétrica e da computação do Rice, disse que é um passo em direção a um conjunto de câmeras SAVI para uso em luz visível.

"Hoje, a tecnologia pode ser aplicada apenas a luz coerente (laser), "disse ele." Isso significa que você não pode aplicar essas técnicas para tirar fotos ao ar livre e melhorar a resolução de imagens iluminadas pelo sol - ainda. Nossa esperança é que um dia, talvez daqui a uma década, nós teremos essa habilidade. "

A tecnologia é o assunto de um artigo de acesso aberto em Avanços da Ciência .

Os laboratórios liderados por Veeraraghavan na Rice e Oliver Cossairt na McCormick School of Engineering da Northwestern construíram e testaram o dispositivo que compara os padrões de interferência entre várias imagens pontilhadas. Como a técnica usada para obter o efeito especial "Matrix", as imagens são tiradas de ângulos ligeiramente diferentes, mas com uma câmera que se move entre os disparos em vez de muitas disparadas em sequência.

Veeraraghavan explicou que as manchas servem como feixes de referência e essencialmente substituem um dos dois feixes usados ​​para criar hologramas. Quando um laser ilumina uma superfície áspera, o visualizador vê manchas semelhantes a grãos no ponto. Isso porque parte da luz que retorna, espalhada de pontos na superfície, precisa ir mais longe e tira a onda coletiva de fase. A textura de um pedaço de papel - ou mesmo de uma impressão digital - é o suficiente para causar o efeito.

Os pesquisadores usam essas irregularidades de fase a seu favor.

"O problema que estamos resolvendo é que não importa o comprimento de onda de luz que você usa, a resolução da imagem - o menor recurso que você pode resolver em uma cena - depende desta quantidade fundamental chamada de limite de difração, que escala linearmente com o tamanho da sua abertura, "Veeraraghavan disse.

"Com uma câmera tradicional, quanto maior o tamanho físico da abertura, melhor a resolução, "ele disse." Se você quer uma abertura de meio pé, você pode precisar de 30 superfícies de vidro para remover aberrações e criar um ponto focalizado. Isso torna sua lente muito grande e volumosa. "

A "abertura sintética" do SAVI contorna o problema substituindo uma lente longa por um programa de computador que transforma os dados pontilhados em uma imagem. "Você pode capturar padrões de interferência de uma distância razoável, "Veeraraghavan disse." Quão longe depende de quão forte é o laser e quão longe você pode iluminar. "

"Ao mover a estimativa de aberração e correção para o cálculo, podemos criar um dispositivo compacto que nos dá a mesma área de superfície que a lente que queremos, sem o tamanho, peso, volume e custo, "disse Cossairt, professor assistente de engenharia elétrica e ciência da computação na Northwestern.

Autor principal Jason Holloway, um ex-aluno do Rice que agora é um pesquisador de pós-doutorado na Columbia University, sugeriu uma série de sensores baratos e lentes de plástico que custam alguns dólares cada, podendo algum dia substituir as teleobjetivas tradicionais que custam mais de US $ 100, 000. "Devemos ser capazes de capturar exatamente o mesmo desempenho, mas a um custo muito menor, " ele disse.

Tal matriz eliminaria a necessidade de uma câmera em movimento e capturaria todos os dados de uma vez, "ou o mais próximo possível, "Cossairt disse." Queremos empurrar isso para onde possamos fazer as coisas dinamicamente. Isso é o que é realmente único:há um caminho em direção ao tempo real, captura de alta resolução usando essa abordagem de abertura sintética. "

Cossairt começou a pensar sobre a ideia ao se candidatar ao Prêmio de CARREIRA da National Science Foundation (NSF). "Mais tarde, Ashok e eu nos interessamos por técnicas de abertura sintética por meio de alguns colegas nossos na Califórnia que as usavam em microscopia. "

Veeraraghavan disse que o SAVI se apoia no trabalho do California Institute of Technology e da University of California, Berkeley, que desenvolveu a técnica de pticografia de Fourier, que permite aos microscópios resolver imagens além das limitações físicas de sua ótica.

A descoberta da equipe SAVI foi a descoberta de que poderia colocar a fonte de luz no mesmo lado da câmera, em vez de atrás do alvo, como na microscopia de transmissão, Cossairt disse. Ele passou três meses na Rice para desenvolver o sistema com Holloway e outros no laboratório de Veeraraghavan.

"Começamos fazendo uma versão maior do microscópio, mas SAVI tem desafios técnicos adicionais. Resolver esses é o objetivo deste artigo, "Veeraraghavan disse.