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É possível filmar fenômenos ultrarrápidos com câmeras comuns

É possível filmar fenômenos ultrarrápidos com câmeras comuns
Os quadros virtuais foram gerados usando pulsos de luz de 10 milissegundos, 1 milissegundo e 250 microssegundos.[Imagem: Jamani Caillet]

Técnica de Quadro Virtual

Talvez não seja preciso gastar uma pequena fortuna em câmeras de alta velocidade para filmar fenômenos que acontecem muito rapidamente e mostrá-los quadro a quadro.

Sam Dillavou, da Escola Politécnica Federal de Lausanne, na Suíça, desenvolveu um novo método de processamento de imagens que pode capturar fenômenos extremamente rápidos usando qualquer tipo de câmera.

Seu método, chamado Técnica de Quadro Virtual (Virtual Frame Technique), oferece melhor desempenho do que qualquer câmera comercial de alta velocidade e é acessível a qualquer pessoa com sua câmera tradicional.

Dillavou demonstrou como partir de fotos comuns e gerar milhares de imagens intermediárias - os tais quadros virtuais - de fenômenos como um rasgo se alastrando através de um pedaço de tecido, uma bola de borracha batendo no chão, uma gota de água molhando uma superfície seca e um pedaço de fita adesiva soltando-se de uma superfície.

Em uma foto convencional de um fenômeno desses, a imagem fica desfocada porque tudo acontece rápido demais, com uma série de mudanças na cena enquanto o disparador da câmera está aberto.

Visão binária das coisas

O primeiro passo para ser possível gerar os quadros virtuais consiste em iluminar o fenômeno exatamente no momento em que a foto convencional é tirada, para que as partes borradas possam ser exploradas.

"Esse passo de iluminação inicial deve ser feito corretamente para que as partes desfocadas da imagem contenham a informação correta e possam ser usadas. Neste ponto, o objeto deve ter um estado instantâneo quantificável de ou bloquear completamente a luz ou deixá-la passar completamente," detalhou o professor John Kolinski.

O próximo passo é empregar o método de processamento de imagens desenvolvido pela equipe para melhorar a resolução temporal e o esquema de iluminação específico da imagem convencional, e depois transformá-la em uma imagem binária, ou seja, contendo píxeis pretos ou brancos.

Isto é uma vantagem porque muitos fenômenos naturais são binários - por exemplo, um pedaço de tecido está rasgado ou não, uma superfície está molhada ou seca. Isso significa que dois valores em tons de cinza bastam para representá-los, sem a necessidade dos mais de 15.000 valores de intensidade disponíveis nas câmeras convencionais.

Sacrificando a capacidade de resolver a intensidade, a equipe conseguiu usar a profundidade de bits do sensor da câmera - a quantidade de informações que o sensor consegue obter - para aumentar a taxa de quadros e, ao mesmo tempo, manter a resolução espacial total. A resolução temporal pode ser melhorada ainda mais ajustando o tempo do pulso de luz usado na iluminação da cena.

A técnica foi testada em fotos tiradas por todos os tipos de dispositivos, de smartphones a câmeras profissionais sofisticadas, e consistentemente resultou em uma taxa de quadros mais rápida. Embora seja necessária uma iluminação cuidadosa, perfeitamente sincronizada com o evento que se quer filmar, o método é bastante geral e pode ser usado para registrar uma grande variedade de fenômenos, desde impactos de gotículas até a mecânica de fraturas.

A equipe ainda está estudando como disponibilizar seu software de geração dos quadros virtuais.

Bibliografia:

The virtual frame technique: ultrafast imaging with any camera
Sam Dillavou, Shmuel M. Rubinstein, John M. Kolinski
Optics Express
Vol.: 27, Issue 6, pp. 8112-8120
DOI: 10.1364/OE.27.008112




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