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Diego Gutiérrez

Capturando luz a un billón de fotogramas por segundo

Autor: Diego Gutiérrez (Graphics and Imaging Lab)

Año de producción: 2013

Un proyecto de fotografía computacional, en colaboración con el Media Lab del MIT (Boston, EEUU), en el que por primera vez se ha logrado capturar luz en movimiento, a una frecuencia de un billón de fotogramas por segundo, un fenómeno invisible hasta ahora para el ojo humano.

http://giga.cps.unizar.es/~diegog/

 

EL PROYECTO

Fotografía computacional: Capturando luz a un billón de fotogramas por segundo

Nada en el universo se mueve más rápido que la luz. Las leyes de la física tal y como la conocemos, la teoría especial de la relatividad, lo impiden. A trescientos mil kilómetros por segundo, la luz viaja tan rápido que, a escalas cotidianas, consideramos su propagación instantánea. Sin embargo, aunque extremadamente elevada, la velocidad de la luz es finita, aunque demasiado rápida para el ojo humano, y por supuesto demasiado rápido para cualquier cámara… hasta ahora.

El Graphics and Imaging Lab (Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón) ha participado en un proyecto liderado por el Media Lab del MIT (Boston, EEUU), en el que por primera vez se ha logrado capturar luz en movimiento. Obteniendo información a una frecuencia de un billón de fotogramas por segundo, puede apreciarse en toda su compleja belleza la evolución temporal de la interacción con los objetos que encuentra a su paso. Desde la dispersión producida en una pieza de fruta a la visualización de un frente de luz viajando por un líquido, su comportamiento queda así desenmascarado. Incluso podemos ver el proceso de formación del reflejo en un espejo. Puede observarse cómo primero la luz llega al pequeño muñeco, para posteriormente ser rebotada hacia el espejo, creando la imagen reflejada. Este fenómeno tan cotidiano jamás había podido ser observado así, permanecido oculto a nuestros lentos ojos.

El sistema de captura diseñado está formado por un pulso láser de menos de una billonésima de segundo de duración. Este pulso es dividido en dos: una parte se dirige a la escena y es convertida en una onda esférica mediante un difusor, iluminándola brevemente; la otra parte se envía a una cámara especial, para sincronizar la captura. Esta cámara (llamada streak camera), sólo deja pasar fotones a través de una estrecha rendija horizontal. Estos fotones son convertidos en electrones, que son desviados verticalmente de su trayectoria al pasar entre dos electrodos. El voltaje entre los electrodos es rápidamente invertido durante el paso del pulso, lo que hace que los primeros fotones sean registrados en zonas del sensor diferentes de los últimos. En otras palabras, la cámara es capaz de codificar espacialmente la información temporal del pulso de luz, siendo ésta la clave del proceso. La imagen completa es reconstruida mediante múltiples tomas, cada una correspondiente a una fina rodaja horizontal de la escena. Por tanto, no se captura un solo pulso en movimiento, sino muchos de ellos combinados en la película final.

Las posibles aplicaciones de esta tecnología son muchas, desde las puramente educacionales, al estudio de materiales en ingeniería o la visualización médica. Aunque todavía en fase embrionaria, y sólo disponible a nivel de laboratorio de investigación, futuros avances en computación óptica y sensores ultrarrápidos podrán hacer de ésta una tecnología cada vez más asequible. Si hemos sido capaces de atrapar luz en movimiento, nada parece ya imposible.

 

EL AUTOR

DIEGO GUTIÉRREZ es el investigador responsable del Graphics and Imaging Lab. Trabaja en la Universidad de Zaragoza. Obtuvo su Tesis Doctoral en 2005, y su acreditación como Catedrático de Universidad en 2013. Es el fundador y director del Graphics and Imaging Lab, grupo de investigación dedicado a temas de generación de imágenes por ordenador, la fotografía computacional y la percepción. Es miembro de numerosos comités de congresos internacionales, así como del panel editorial de cuatro revistas internacionales de artículos de investigación. Ha trabajado en numerosos centros de reconocido prestigio (como las universidades de MIT o Yale en Estados Unidos), y colabora asiduamente con empresas punteras como Adobe, Disney o Microsoft.