Durante los últimos años, las cámaras de un único píxel han comenzado a revolucionar el campo de la imagen. Estos dispositivos, contra lo que parece lógico, producen imágenes de alta resolución con un único píxel para detectar la luz. No necesitan lentes, y por tanto sus imágenes nunca incorporan las distorsiones que éstas producen y, además, el resultado siempre está enfocado. Los físicos las han utilizado para grabar películas y hasta para generar imágenes en 3D.

Y eso suscita una pregunta interesante: ¿qué más pueden llegar a hacer estos dispositivos?

Hoy recibimos una especie de respuesta gracias al trabajo del investigador Bin Bai y su equipo de la Universidad Xi'an Jiaotong (China), que han desarrollado una cámara con un único píxel que puede "asomarse" por las esquinas. Su nuevo dispositivo puede fotografiar objetos incluso cuando estos no están directamente a la vista.

La técnica es similar a la que emplean otras cámaras de píxel único. El truco consiste en aleatorizar la luz que detecta el píxel, grabar la intensidad de luz resultante y después repetir este proceso miles de veces.

Sería fácil pensar que esta aleatorización dificultaría aún más la tarea de generar una imagen, pero resulta que es todo lo contrario.

El proceso de aleatorización cambia la intensidad de la luz cada vez que el píxel la graba. Estas diferencias de intensidad no son aleatorias, sino que están correlacionadas con la escena que el píxel tiene delante. Así que producir una imagen es simplemente una cuestión de minar y procesos todos esos datos para encontrar la correlación. Cuántos más datos se recopilen, mejor será la imagen resultante.

Por eso, al registrar la intensidad de la luz muchas veces, es posible generar una imagen de alta resolución con un solo píxel.

Esa es la manera en que el equipo de Bin ha utilizado su cámara para asomarse por las esquinas: han generado una imagen a partir de la luz de un objeto que rebota contra una pared. El píxel graba la luz dispersa aunque no puede ver el objeto directamente.

La configuración es sencilla. El equipo empieza por iluminar un avión de juguete con la luz de un proyector que emite un patrón aleatorio de cuadrados iluminados. Este patrón aleatorio cambia con cada exposición.

El avión se encuentra junto a una pared blanca que dispersa la luz hacia un píxel único que de otro modo no podría "ver" ese avión. Este píxel graba la intensidad de luz de la pared. El equipo repite el proceso unas 50.000 veces. Finalmente, el equipo emplea un algoritmo de minería de datos para procesar el conjunto de datos resultante para generar la imagen del avión mostrada aquí.

Los resultados son impresionantes. "Todos los resultados demuestran que la cámara de píxel único puede grabar el objeto difuso cuando la cámara no lo puede enfocar directamente", afirma el equipo de Bin.

El avión está claramente visible en la imagen y el equipo asegura que podrían conseguir mejorarla al, por ejemplo, optimizar el algoritmo y reducir el tamaño de los cuadrados del patrón aleatorio de luz proyectada. "Cuando el tamaño de los patrones se reduce, la resolución de la imagen aumenta", escribe el equipo de Bin.

Una pregunta interesante es cómo de rápido se pueden sacar 50.000 imágenes, pues se trata de un límite importante para que la cámara pueda llegar a grabar objetos en movimiento.

El equipo chino no sugiere ninguna aplicación potencial para el dispositivo, pero no resulta difícil pensar en ellas. Las cámaras de píxel único son diminutas, fáciles de fabricar y baratos de desarrollar.  De una manera u otra, las cámaras de píxel único están posicionadas para tener un importante impacto en un futuro no muy distante.

Ref: arxiv.org/abs/1612.07120: Imaging Around Corners with Single-Pixel Detector by Computational Ghost Imaging