La fotocamera olografica vede attraverso il corpo umano

I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato una fotocamera ad alta risoluzione in grado di vedere dietro gli angoli nascosti (vedi video) e attraverso mezzi di diffusione, come la pelle, la nebbia e potenzialmente anche il cranio umano.
Il nuovo metodo chiamato olografia a lunghezza d’onda sintetica, funziona diffondendo indirettamente la luce coerente su oggetti nascosti, che poi si disperdono di nuovo e tornano a una fotocamera, a questo punto, un algoritmo ricostruisce il segnale di luce diffusa per rivelare gli oggetti nascosti. Grazie alla sua elevata risoluzione temporale, il metodo ha anche il potenziale per l’immagine di oggetti in rapido movimento, come il cuore che batte attraverso il petto o le auto che sfrecciano dietro l’angolo di una strada.
Il campo di ricerca relativamente nuovo dell’imaging di oggetti dietro occlusioni o mezzi di diffusione è chiamato imaging non in linea di vista (NLoS). Rispetto alle relative tecnologie di imaging NLoS, il metodo Northwestern con precisione submillimetrica può acquisire rapidamente immagini a tutto campo di ampie aree. La fotocamera computazionale con questo livello di risoluzione, potenzialmente potrebbe inquadrare attraverso la pelle per vedere al lavoro anche i più piccoli capillari. I ricercatori sebbene il metodo abbia un ovvio potenziale per l’imaging medico non invasivo, ritengono che le sue potenziali applicazioni siano infinite.
Florian Willomitzer della Northwestern, primo autore dello studio, ha detto:
«La nostra tecnologia introdurrà una nuova ondata di capacità di imaging. I nostri attuali prototipi di sensori utilizzano luce visibile o infrarossa, ma il principio è universale e potrebbe essere esteso ad altre lunghezze d’onda. Lo stesso metodo, ad esempio, potrebbe essere applicato alle onde radio per l’esplorazione dello spazio o per l’imaging acustico subacqueo. Può essere applicato su molti altri settori, abbiamo solo scalfito la superficie».

Intercettare la luce diffusa
Vedere dietro l’angolo e immaginare un organo all’interno del corpo umano potrebbe sembrare una sfida molto diversa, in realtà sono strettamente correlate. Entrambi si occupano di media di dispersione, in cui la luce colpisce un oggetto e si disperde in un modo che non è più possibile vedere un’immagine diretta dell’oggetto.
Florian Willomitzer ha affermato:
«Se hai mai provato a far brillare una torcia attraverso la tua mano, allora hai sperimentato questo fenomeno. Vedi un punto luminoso sull’altro lato della tua mano, ma, in teoria, dovrebbe esserci un’ombra proiettata dalle tue ossa, che rivela la struttura delle ossa. Invece, la luce che passa attraverso le ossa viene dispersa all’interno del tessuto in tutte le direzioni, offuscando completamente l’immagine dell’ombra».
L’obiettivo, quindi, è intercettare la luce diffusa per ricostruire le informazioni inerenti al suo tempo di viaggio per rivelare l’oggetto nascosto. Ma questo presenta la sua sfida.
Florian Willomitzer ha detto:
«Niente è più veloce della velocità della luce, quindi se vuoi misurare il tempo di viaggio della luce con alta precisione, allora hai bisogno di rivelatori estremamente veloci. Tali rilevatori possono essere terribilmente costosi».

Onde su misura
Florian Willomitzer e i suoi colleghi per eliminare la necessità di rivelatori veloci, hanno unito le onde luminose di due laser per generare un’onda luminosa sintetica che può essere specificamente adattata all’imaging olografico in diversi scenari di diffusione.
Florian Willomitzer ha spiegato:
«Se riesci a catturare l’intero campo luminoso di un oggetto in un ologramma, allora puoi ricostruire la forma tridimensionale dell’oggetto nella sua interezza. Facciamo questa immagine olografica dietro un angolo o tramite diffusori, con onde sintetiche invece delle normali onde luminose».
I ricercatori hanno detto che nel corso degli anni, ci sono stati molti tentativi di imaging NLoS per recuperare immagini di oggetti nascosti ma questi metodi hanno in genere uno o più problemi: bassa risoluzione, un campo angolare estremamente ridotto, richiedono una scansione raster (si basa sulla tecnologia televisiva che utilizza un fascio di elettroni attraversato dallo schermo e crea una serie di punti luminosi), dispendiosa in termini di tempo o necessitano di ampie aree di rilevamento per misurare il segnale di luce diffusa.
La nuova tecnologia, tuttavia, supera questi problemi ed è il primo metodo per l’imaging dietro gli angoli e attraverso mezzi di diffusione che combina un’elevata risoluzione spaziale, un’elevata risoluzione temporale, una piccola area di rilevamento e un ampio campo visivo angolare. Ciò significa che la telecamera con alta risoluzione è in grado di riprendere piccole caratteristiche in spazi ristretti e oggetti nascosti in grandi aree, anche quando gli oggetti sono in movimento.

Trasformare le “pareti in specchi”
La luce poiché viaggia solo su percorsi rettilinei, deve essere presente una barriera opaca (come un muro, un arbusto o un’automobile) affinché il nuovo dispositivo possa vedere dietro gli angoli. La luce viene emessa dall’unità sensore (che potrebbe essere montata sopra un’auto), rimbalza sulla barriera, quindi colpisce l’oggetto dietro l’angolo. La luce quindi rimbalza sulla barriera e infine torna nel rivelatore dell’unità sensore.
Florian Willomitzer ha detto:
«È come se potessimo installare una telecamera computazionale virtuale su ogni superficie remota per vedere il mondo dalla prospettiva della superficie. Le persone che guidano su strade che si snodano attraverso un passo di montagna o che si snodano attraverso una foresta rurale, questo metodo potrebbe prevenire incidenti rivelando altre auto o cervi appena nascosti dietro la curva. La nostra tecnica trasforma le pareti in specchi, può funzionare anche di notte e in condizioni di nebbia».
La tecnologia ad alta risoluzione in questo modo potrebbe anche sostituire (o integrare) gli endoscopi per l’imaging medico e industriale. Invece di aver bisogno di una telecamera flessibile, in grado di girare angoli e torcere attraverso spazi ristretti, ad esempio per una colonscopia, l’olografia sintetica a lunghezza d’onda potrebbe utilizzare la luce per vedere intorno alle molte pieghe all’interno dell’intestino, allo stesso modo, l’olografia sintetica della lunghezza d’onda potrebbe visualizzare all’interno di apparecchiature industriali mentre è ancora in funzione, un’impresa impossibile per gli attuali endoscopi.
Florian Willomitzer ha affermato:
«Se si dispone di una turbina in funzione e si desidera ispezionare i difetti all’interno, in genere si utilizza un endoscopio, ma alcuni difetti si manifestano solo quando il dispositivo è in movimento, non è possibile utilizzare un endoscopio e guardare all’interno della turbina dalla parte anteriore mentre è in funzione. Il nostro sensore può guardare all’interno di una turbina in funzione per rilevare strutture più piccole di un millimetro. La tecnologia sebbene sia attualmente un prototipo, alla fine verrà utilizzata per aiutare i conducenti a evitare incidenti. C’è ancora molta strada da fare prima di vedere questo tipo di imager costruiti nelle auto o approvati per applicazioni mediche, forse tra 10 anni o anche di più, ma arriverà».

,
Avatar photo

About Pino Silvestri

Pino Silvestri, blogger per diletto, fondatore, autore di Virtualblognews, presente su Facebook e Twitter.
View all posts by Pino Silvestri →