Câmera de um único píxel grava filmes holográficos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2025

Esquema da nova câmera e protótipo de demonstração.
[Imagem: Naru Yoneda et al. - 10.1364/OE.560998]

Câmera de um píxel

Se você se acostumou com a associação entre a quantidade de píxeis e a qualidade de uma câmera, é melhor rever seus conceitos - de fato, embora os comerciais falem dos gigapíxeis, sempre houve outros fatores envolvidos na qualidade de captura de imagem de uma câmera fotográfica ou filmadora.

Uma nova câmera permite não apenas fotografar, mas também gravar vídeos tridimensionais, e fazer isto mesmo contando com um único píxel.

Além disso, a técnica permite obter imagens fora do espectro visível e até mesmo através de tecidos biológicos, abrindo as portas para a microscopia de vídeo holográfica.

Hologramas não são usados apenas como adesivos de segurança em cartões de crédito, produtos eletrônicos ou notas, eles também têm aplicações científicas em sensores e em microscopia. Tradicionalmente, os hologramas são gravados usando um laser, mas recentemente têm sido desenvolvidas técnicas que permitem gravar hologramas com luz ambiente ou mesmo com a luz refletida pela própria amostra que está sendo observada.

Existem duas técnicas principais que podem fazer isto: Uma, chamada "FINCH" (sigla em inglês para holografia de correlação incoerente de Fresnel), utiliza um sensor de imagem 2D rápido o suficiente para gravar vídeos, mas só opera com luz visível e com o campo de visão totalmente desobstruído. A outra, chamada "OSH" (sigla em inglês para holografia de varredura óptica), utiliza um sensor de um píxel e pode gravar através de meios de dispersão e com luz fora do espectro visual, embora, na prática, só consiga registrar imagens de objetos imóveis.

Naru Yoneda e seus colegas da Universidade de Kobe, no Japão, dispuseram-se então a criar uma nova técnica de gravação de imagens holográficas que combinasse o melhor desses dois mundos. E eles conseguiram.

(a) Hologramas incoerentes gerados pelo microscópio e (b) distribuições de intensidade.
[Imagem: Naru Yoneda et al. - 10.1364/OE.560998]

Microscópio holográfico

Para lidar com o ponto fraco da OSH, que limita a velocidade, a equipe construiu uma configuração que utiliza um microespelho digital de alta velocidade, um sistema microeletromecânico (MEMS) capaz de projetar na amostra os padrões de luz necessários para registrar o holograma. "Este dispositivo opera a 22 kHz, enquanto os dispositivos usados anteriormente tinham uma taxa de atualização de 60 Hz. Essa é uma diferença de velocidade equivalente à diferença entre um idoso dando um passeio tranquilo e um trem-bala japonês," comparou Yoneda.

O dispositivo não só conseguiu gravar imagens 3D de objetos em movimento, como também permitiu construir um microscópio que consegue gravar um filme holográfico através de um objeto que espalha a luz - o crânio de um camundongo, para ser mais preciso.

Para aproximar a taxa de captura de quadros para a velocidade padrão de atualização de uma tela, a equipe usou uma técnica de compressão chamada "amostragem esparsa", que funciona sem gravar todas as partes da imagem o tempo todo.

"Esperamos que esta técnica seja aplicada à observação biológica tridimensional minimamente invasiva, porque ela permite visualizar objetos se movendo atrás de um meio de dispersão. Mas ainda há obstáculos a serem superados. Precisamos aumentar o número de pontos de amostragem e também a qualidade da imagem. Para isso, estamos tentando otimizar os padrões que projetamos nas amostras e usar algoritmos de aprendizado profundo para transformar os dados brutos em uma imagem," finalizou Yoneda.

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