Los investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) han desarrollado una cámara de alta velocidad, capaz de realizar 9.120 fotogramas por segundo (fps), y bajo coste que ha superado las limitaciones de la velocidad de fotogramas y sensibilidad de las cámaras de alta velocidad convencionales al simular la capacidad de visión de los insectos. Este desarrollo abre posibilidades para diversas aplicaciones, en campos como la seguridad y la obtención de imágenes médicas, incluso en entornos oscuros.
Los ojos compuestos de los insectos detectan objetos que se mueven rápidamente en paralelo y, para aumentar la sensibilidad en ambientes oscuros, las células visuales reaccionan combinando señales a lo largo del tiempo para determinar el movimiento.
Los investigadores se han inspirado en la estructura visual de los insectos para desarrollar una nueva cámara biomimética que realiza disparos a muy alta velocidad y sensibilidad.
Obtención de imágenes de alta calidad con luz escasa
La obtención de imágenes de alta calidad a altas velocidades en entornos de luz escasa es un desafío crítico para numerosas aplicaciones. Las cámaras de alta velocidad existentes tienen ventajas a la hora de capturar movimientos rápidos, pero a medida que aumenta la velocidad de fotogramas el tiempo para obtener luz disminuye, lo que ha provocado problemas de sensibilidad insuficiente en ambientes con poca luz.
Los investigadores han adoptado un método que utiliza múltiples canales ópticos y suma diferentes señales temporales como el sistema visual de un insecto. A diferencia de los sistemas de cámaras monoculares existentes, las cámaras biomiméticas pueden adquirir fotogramas de diferentes momentos en paralelo.
En este proceso, la relación señal-ruido se puede aumentar acumulando la luz a lo largo de periodos de tiempo superpuestos para cada fotograma. La cámara de inspiración biológica, que utiliza este método, ha demostrado ser capaz de capturar objetos hasta 40 veces más oscuros que los detectables por las cámaras de alta velocidad convencionales.
Además, la investigación ha introducido la tecnología de división de canales para mejorar significativamente la velocidad de la cámara y obtener una velocidad de fotogramas mucho más rápida que la admitida por los sensores de imagen. También ha utilizado un algoritmo de restauración de imágenes comprimidas para eliminar el desenfoque que pueda producirse en la integración de fotogramas y reconstruir imágenes nítidas.
Desarrollo de aplicaciones
Como resultado, a pesar de tener menos de 1 mm de grosor, la cámara biomimética puede capturar 9.120 fotogramas por segundo y proporciona imágenes claras incluso con poca luz. El estudio se ha publicado en la revista internacional Science Advances.
El equipo de investigación del KAIST tiene previsto desarrollar en el futuro varias aplicaciones de esta tecnología, incluidas aplicaciones móviles y biomédicas, a través de algoritmos avanzados de procesamiento de imágenes para imágenes 3D e imágenes de muy alta resolución.