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Fotografia de alta velocidade troca distância por tempo

Fotografia de alta velocidade troca distância por tempo
Em lugar de pensar na "distância focal", pense no "tempo focal" - dá no mesmo, mas as lentes ficam minúsculas. [Imagem: Barmak Heshmat/MIT]

Tempo focal

Pesquisadores do MIT, nos EUA, desenvolveram uma nova técnica de óptica para fotografia que captura as imagens com base no tempo de reflexão da luz dentro do conjunto de lentes, em lugar da abordagem tradicional, que se baseia no arranjo espacial das lentes.

Esse novo princípio cria possibilidades de novos recursos para câmeras sensíveis ao tempo ou à profundidade, que não são possíveis com a óptica de fotografia convencional.

Especificamente, Barmak Heshmat e seus colegas projetaram uma óptica para um sensor ultrarrápido conhecido como câmera streak, um sensor de altíssima velocidade que captura a emissão de luz de fenômenos que ocorrem em períodos extremamente curtos. As câmeras streak e outras câmeras ultrarrápidas têm sido usadas para fazer vídeos com trilhões de quadros por segundo, digitalizar livros fechados, criar mapas de profundidade de cenas 3D e até para fotografar objetos não-identificados em Marte.

Essas câmeras baseiam-na na óptica convencional, que tem várias restrições de projeto. Por exemplo, uma lente com uma determinada distância focal, medida em milímetros ou centímetros, deve ficar a uma distância do sensor de imagem igual ou maior a distância focal para que a imagem seja nítida. Isso explica porque os fotógrafos profissionais usam aquelas lentes compridas e pesadas.

Fotografia resolvida no tempo

Na nova técnica, o sinal de luz reflete para frente e para trás entre espelhos cuidadosamente posicionados dentro do sistema de lentes. Um sensor de imagem ultrarrápido captura uma imagem separada para cada tempo de reflexão da luz entre os espelhos. O resultado é uma sequência de imagens, cada uma correspondendo a um ponto diferente no tempo e a uma distância diferente da lente. Cada imagem pode ser acessada em seu horário específico.

Os pesquisadores batizaram a técnica de "óptica dobrada no tempo", porque a arquitetura inclui um conjunto de espelhos paralelos semirreflexivos que reduzem, ou "dobram", a distância focal toda vez que a luz reflete entre os espelhos.

Colocando o conjunto de espelhos entre a lente e o sensor, a distância do arranjo da óptica foi reduzida em uma ordem de grandeza - 10 vezes - sem perder qualquer detalhe da cena.

"Quando você tem uma câmera com sensor rápido, para decifrar a luz passando pela óptica você pode trocar tempo por espaço," detalha Heshmat. "Esse é o conceito central de dobrar o tempo. Você olha para a óptica na hora certa, e esse tempo é igual a olhar para ela na distância correta. Você pode então organizar a óptica de novas maneiras com recursos que não eram possíveis antes."

Bibliografia:

Photography optics in the time dimension
Barmak Heshmat, Matthew Tancik, Guy Satat, Ramesh Raskar
Nature Photonics
DOI: 10.1038/s41566-018-0234-0




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