Eletrônica

Câmera sem lente captura imagem no tempo

Câmera sem lente captura imagem no tempo
A câmera sem lentes ainda lembra bastante as câmeras pinhole, sobretudo no tamanho - a tela LCD é a parte branca frontal, e o sensor fica no interior da caixa preta. Embaixo, a imagem gerada. [Imagem: Hong Jiang et al.]

Pesquisadores norte-americanos deram um upgrade radical nas conhecidas câmeras pinhole, ou câmeras estenopeicas, que não possuem lentes, capturando a luz através de um único orifício - daí o nome pinhole, furo de alfinete.

Hong Jiang e seus colegas dos Laboratórios Bell usaram um único sensor, dirigido para uma série de pinholes, essencialmente diafragmas abertos de forma controlada, sem usar lentes.

As câmeras digitais usam uma lente para focalizar a imagem sobre um CCD, que é formado por milhões de sensores individuais, os conhecidos pixels, cada um dos quais registra uma porção da imagem.

Na nova câmera sem lente, um único pixel registra a intensidade da luz que passa através de cada uma das pequenas aberturas colocadas entre o sensor e o objeto a ser fotografado.

Assim, a imagem é criada no tempo, em vez de no espaço, e usando um número de medições que é apenas uma fração das medições necessárias nas câmeras digitais normais.

Pinhole digital

Os diafragmas não são exatamente furos de alfinete em uma caixa, mas uma grade de cristal líquido - essencialmente uma tela LCD monocromática - cujos pixels podem ser abertos e fechados de forma independente - o protótipo possui 65.000 diafragmas.

O pixel único da câmera - o sensor que captura efetivamente a imagem - é um sensor fotovoltaico comum, que registra a intensidade da luz vermelha, azul e verde que incide sobre ele.

Essas medições, coordenadas com o sistema de abertura dos diafragmas no painel LCD, são então convertidas na imagem.

Para acelerar o processo e usar um número menor de medições, os pesquisadores não fazem a abertura dos pinholes em sequência, eles geram padrões pseudo-aleatórios de abertura e fechamento ao longo do LCD.

Câmera sem lente captura imagem no tempo
Um padrão pseudo-aleatório de abertura e fechamento reduz o número de medições necessárias, produzindo imagens de boa qualidade. [Imagem: Hong Jiang et al.]

Assim, em vez de medir a intensidade da luz que passa através de uma abertura de cada vez, eles medem a intensidade combinada de todas as aberturas, abertas ou fechadas. O processo é repetido até que a imagem esteja formada.

Os pesquisadores fotografaram uma bola de futebol, uma pilha de livros e um brinquedo, e verificaram que podem gerar imagens razoáveis usando apenas um quarto das medições feitas por uma câmera convencional.

Diafragmas mecânicos

Como não usa lentes, uma "câmera temporal" como essa tem potencial para ser menor, mais simples e mais barata, além de consumir menos energia, devido ao menor número de medições e à ausência dos ajustes de foco.

Segundo os pesquisadores, a técnica poderá ser usada em sistemas de vigilância, onde as mudanças na cena são mais importantes do que o detalhamento das imagens.

Outra possibilidade é a captura de imagens em múltiplos comprimentos de onda, que hoje empregam sensores caros.

Antes disso, porém, os pesquisadores terão que acelerar sua câmera sem lentes: a captura de uma única foto leva de alguns minutos a até uma hora, devido à baixa frequência de operação do LCD.

Para superar essa deficiência, o grupo planeja substituir o cristal líquido por microaberturas controladas mecanicamente por meio de sistemas microeletromecânicos (MEMS).

Bibliografia:

Multi-view in Lensless Compressive Imaging
Hong Jiang, Gang Huang, Paul Wilford
arXiv
http://arxiv.org/abs/1306.3946

Lensless Imaging by Compressive Sensing
Gang Huang, Hong Jiang, Kim Matthews, Paul Wilford
arXiv
http://arxiv.org/abs/1305.7181




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