Os engenheiros da Duke University desenvolveram um método para extrair uma imagem colorida de uma única exposição de luz espalhada por um material opaco. A técnica tem aplicações em uma ampla variedade de campos, da saúde à astronomia.

O estudo apareceu online em 9 de julho no jornal Optica .

"Outros conseguiram reconstruir imagens coloridas a partir da luz espalhada, mas esses métodos tiveram que sacrificar a resolução espacial ou caracterização prévia exigida do dispersor com antecedência, o que frequentemente não é possível, "disse Michael Gehm, professor associado de engenharia elétrica e da computação na Duke. "Mas nossa abordagem evita todos esses problemas."

Quando a luz é espalhada ao passar por um material translúcido, o padrão emergente de "manchas" parece tão aleatório quanto estático em uma tela de televisão sem sinal. Mas não é aleatório. Como a luz que vem de um ponto de um objeto percorre um caminho muito semelhante ao da luz que vem de um ponto adjacente, o padrão de manchas de cada um parece o mesmo, apenas mudou ligeiramente.

Com imagens suficientes, astrônomos costumavam usar esse fenômeno de "efeito de memória" para criar imagens mais claras do céu em uma atmosfera turbulenta, contanto que os objetos que estão sendo fotografados sejam suficientemente compactos.

Embora a técnica tenha caído em desuso com o desenvolvimento da óptica adaptativa, que fazem o mesmo trabalho usando espelhos ajustáveis ​​para compensar a dispersão, recentemente se tornou popular novamente. Como as câmeras modernas podem gravar centenas de milhões de pixels de uma vez, apenas uma única exposição é necessária para fazer as estatísticas funcionarem.

Embora essa abordagem possa reconstruir uma imagem dispersa, tem limitações no domínio da cor. Os padrões de manchas criados por diferentes comprimentos de onda são normalmente impossíveis de separar uns dos outros.

A nova abordagem de imagem do efeito de memória desenvolvida pelos autores Xiaohan Li, um Ph.D. estudante no laboratório de Gehm, Joel Greenberg, professor associado de pesquisa de engenharia elétrica e da computação, e Gehm rompe essa limitação.

O truque é usar uma abertura codificada seguida por um prisma. Uma abertura codificada é basicamente um filtro que permite que a luz passe por algumas áreas, mas não por outras em um padrão específico. Depois que a mancha é "estampada" pela abertura codificada, ele passa por um prisma que faz com que diferentes frequências de luz se espalhem umas das outras.

Isso faz com que o padrão da abertura codificada se desloque ligeiramente em relação à imagem sendo capturada pelo detector. E a quantidade de deslocamento está diretamente relacionada à cor da luz que passa.

"Essa mudança é pequena em comparação com o tamanho geral do que está sendo visualizado, e porque nosso detector não é sensível à cor, cria uma combinação complicada, "disse Li." Mas a mudança é suficiente para dar ao nosso algoritmo um apoio para separar os padrões de manchas individuais de cada cor, e com isso podemos descobrir a aparência do objeto para cada cor. "

Os pesquisadores mostram que, focalizando cinco canais espectrais correspondentes ao violeta, verde e três tons de vermelho, a técnica pode reconstruir uma letra "H" cheia de rosas matizadas, amarelos e azuis. Fora desta difícil prova de princípio, os pesquisadores acreditam que sua abordagem pode encontrar aplicações em campos como astronomia e saúde.

Na astronomia, o conteúdo de cor da luz proveniente de fenômenos astronômicos contém informações valiosas sobre sua composição química, e manchas geralmente são criadas quando a luz é distorcida pela atmosfera. Da mesma forma na saúde, a cor pode dizer aos pesquisadores algo sobre a composição molecular do que está sendo visualizado, ou pode ser usado para identificar biomoléculas que foram marcadas com marcadores fluorescentes.

"Existem muitas aplicações em que as pessoas realmente querem saber quanta energia existe em bandas espectrais específicas, emitidas por objetos localizados atrás de oclusões opacas, "disse Greenberg." Nós mostramos que essa abordagem pode atingir esse objetivo em todo o espectro visível. Saber o padrão de abertura e quanto ele muda em função do comprimento de onda fornece a chave de que precisamos para separar a soma confusa em canais separados. "