Las cámaras de un solo píxel están arrasando en el mundo de la imagen. Estos dispositivos tienen la capacidad de fotografiar toda una escena en 3D y a la resolución que se desee, empleando para ello un único píxel. Algunas versiones ni siquiera necesitan una lente. Las imágenes resultantes están completamente libres de las aberraciones ópticas que puede introducir una lente y toda la escena está siempre enfocada.

El investigador de la Universidad de Rochester en el estado de Nueva York (EEUU) Gregory Howland y algunos colegas han llevado esta nueva técnica y paso más allá. Estos investigadores han construido una cámara de un solo píxel capaz de crear imágenes 3D y la han usado para crear imágenes de vídeo e, incluso, para seguir un objeto en movimiento por primera vez.

Este tipo de cámaras dependen de una técnica conocida como muestreo comprimido. La idea es hacer pasar la luz de una escena por un medio que la dispersa al azar y luego la enfoca sobre un único píxel. Este medio de aleatorización podría ser un trozo de cristal escarchado, un modulador de luz espacial o, como en este caso, un dispositivo de microespejo digital en el que los espejos están colocados al azar.

Se podría pensar que de este modo la luz que llega a dicho píxel no contiene ninguna información sobre la escena original. Pero no es así. Para entenderlo, imagina repetir este proceso muchas veces, cada una de ellas con los microespejos colocados en otro patrón aleatorio. Las señales recogidas por el único píxel pueden parecer aleatorias, pero de hecho están correlacionadas porque todas vienen de la misma fuente, la escena original.

Así que el truco que hay detrás del muestreo comprimido es analizar los datos de forma que encuentren esta correlación. Una vez conocida la correlación, es relativamente sencillo reconstruir la escena original.

Eso produce una imagen en 2D sencilla con una resolución que depende del número de muestras de un solo pixel que se hayan tomado.

Hacer una imagen en 3D también es fácil. En este caso, la escena tienen que estar iluminada por láser y el circuito del píxel único modificado para que sea sensible solo durante un instante después de la iluminación, cuando la luz rebota.

Así se pueden tomar muestras de luz que vuelven de una distancia específica respecto a la cámara. Y al cambiar el momento de la apertura, se puede construir toda una imagen 3D.

Esto es básicamente lo que han hecho Howland y su equipo. Pero han ido más allá que anteriores cámaras de un solo píxel al producir un vídeo de un objeto en movimiento.

Una limitación de esta técnica es que se pueden tardar minutos o, incluso, horas en construir una cantidad suficiente de muestras con un solo píxel para crear una imagen de alta resolución. Los investigadores han acelerado las cosas con un microespejo digital capaz de mostrar unos 1.400 patrones aleatorios por segundo. Eso les permite sacar imágenes de 32 x 32 píxeles a una velocidad de 14 fotogramas por segundo.

Para probar el dispositivo hicieron un vídeo de un péndulo tridimensional compuesto por una pelota de béisbol suspendida del techo por una cuerda de 170 centímetros, que giraba en círculos con un ángulo constante de unos 25 grados.

Observando los cambios entre imágenes, se podía seguir la posición de la pelota con precisión mientras giraba.

Es impresionante porque el sistema es sencillo y fácil de escalar a alta resolución, al menos comparado con los sistemas de imagen en 3D convencionales. "Nuestro sistema es mucho más fácil de escalar a alta resolución espacial que los sistemas existentes de lidar contadores de fotones, sin que aumenten ni el coste, ni la complejidad", afirman.

Este tipo de toma de imágenes es especialmente útil en condiciones de poca luz en los que hacer un seguimiento de un objeto resulta difícil. Una pregunta interesante es cuál será la mejor aplicación para la tecnología. Las respuestas en los comentarios, por favor.

Ref: arxiv.org/abs/1309.4385: Mapeo de Profundidad Comprimido Contador de Fotones