Os cientistas da EPFL desenvolveram um novo método de processamento de imagem que pode capturar fenômenos extremamente rápidos usando qualquer tipo de câmera. Seu método, chamada técnica de quadro virtual, oferece melhor desempenho do que qualquer câmera comercial de alta velocidade e é acessível e acessível a qualquer pessoa.

Muitos fenômenos que ocorrem na natureza e na indústria acontecem muito rapidamente:um rasgo em um pedaço de tecido, uma bola de borracha quicando em um chão duro, uma gota de água molhando uma superfície seca e um pedaço de fita adesiva se soltando, por exemplo. Capturar imagens desses fenômenos ajudaria os cientistas a entendê-los melhor, mas as câmeras convencionais não são rápidas o suficiente - e as câmeras de alta velocidade são proibitivamente caras.

Mas os cientistas do Laboratório de Mecânica de Engenharia de Interfaces Soft da EPFL, trabalhando em associação com pesquisadores da Universidade de Harvard no laboratório SMR, desenvolveram um novo método de imagem chamado Virtual Frame Technique (VFT) que pode gerar milhares de imagens desses fenômenos à medida que ocorrem passo a passo usando uma foto tirada de qualquer tipo de dispositivo, incluindo um smartphone. O que mais, VFT demonstrou ter um desempenho melhor do que câmeras de alta velocidade.

Trabalhando com uma foto convencional

O método começa analisando uma foto convencional. "Se você usar uma câmera comum para tirar uma foto de uma gota d'água atingindo uma superfície seca, o movimento da água fará com que a imagem fique desfocada. Mas essas áreas borradas são precisamente onde o fenômeno está ocorrendo, tanto espacial quanto temporalmente. É isso que nossa técnica usa para reunir o fenômeno subjacente, "diz John Kolinski, professor da Escola de Engenharia da EPFL. Em outras palavras, O VFT funciona desconstruindo as partes desfocadas das imagens.

Um método para fenômenos binários

O primeiro passo é iluminar o fenômeno assim que a foto convencional é tirada, para que as partes desfocadas possam ser exploradas. "Esta etapa de iluminação inicial deve ser realizada corretamente para que as partes desfocadas da imagem contenham as informações corretas e possam ser usadas. Neste ponto, o objeto deve ter um estado instantâneo quantificável de bloquear completamente a luz ou deixá-la passar completamente, "diz Kolinski. O próximo passo é empregar métodos avançados de processamento de imagem para melhorar a resolução temporal da imagem convencional e o esquema de iluminação específico, e, em seguida, transformá-lo em uma imagem binária, ou seja, contendo pixels pretos ou brancos.

Este método oferece uma vantagem porque muitos fenômenos naturais são binários; por exemplo, um pedaço de tecido está rasgado ou não, uma superfície está molhada ou seca. Isso significa que apenas dois valores de escala de cinza são necessários para representá-los - não há necessidade de 15, Mais de 000 valores de intensidade disponíveis com câmeras convencionais. Ao sacrificar a capacidade de resolver a intensidade, os cientistas foram capazes de usar a profundidade de bits do sensor da câmera, ou a quantidade de informações que o sensor pode obter, para aumentar a taxa de quadros, mantendo a resolução espacial total. A resolução temporal pode ser melhorada ainda mais ajustando o tempo de um pulso de luz.

Fotos com lapso de tempo em períodos extremamente curtos

O VFT, portanto, divide uma foto convencional de um objeto em movimento rápido em milhares de imagens que mostram cada etapa do processo. "É como tirar fotos temporais de um fenômeno quase instantâneo, "diz Kolinski. Os cientistas testaram sua técnica em fotos tiradas por todos os tipos de dispositivos, de smartphones a câmeras profissionais sofisticadas, e descobri que resultou consistentemente em uma taxa de quadros mais rápida. Embora uma iluminação cuidadosa seja necessária, o método é bastante geral, e tem sido usado para registrar uma rica variedade de fenômenos, de impactos de gotículas à mecânica de fratura.