Exposição na Inglaterra mostra novas formas de produzir fotografias

Registros revolucionários
 
Máquinas são capazes de gerar imagens de objetos atrás de uma parede ou criar formas de três dimensões usando apenas um pixel


Roberta Machado
Estado de Minas: 09/07/2014


Brasília – O importante não é a quantidade, sim a qualidade – ao menos no que diz respeito a câmeras. Os mais avançados projetos de fotografia trocam os imensos grupos de megapixels por conjuntos de sensores mais modestos, mas de precisão impressionante. As máquinas divulgadas recentemente em uma exposição científica da Royal Society, na Inglaterra, são capazes até mesmo de registrar objetos que estão fora do campo de visão graças a sistemas 10 vezes mais sensíveis que o olho humano e 1 bilhão de vezes mais rápidos que um piscar de olhos. Outro projeto, também apresentado no evento realizado na semana passada, usa um só pixel para clicar objetos em três dimensões e em espectros invisíveis para equipamentos comuns.

Os pesquisadores da Glasgow University desenvolveram um tipo especial de sensor ultrarrápido, com velocidade suficiente para flagrar a luz enquanto ela ainda viaja pelo ar. Os detectores da câmera, que tem apenas 1.024 pixels, são feitos para registrar um único fóton de luz por vez. “Eles são de uma tecnologia chamada fotodiodos de fóton único, baseados no efeito avalanche”, destaca Jonathan Leach, pesquisador da Universidade Heriot-Watt e autor da pesquisa. Cada um desses pixels pode ser ativado a uma velocidade de 15 bilhões de frames por segundo, enquanto a velocidade de uma câmera de vídeo normal é de apenas 24 cenas no mesmo período.

O novo equipamento é tão rápido que filma na velocidade da luz, usando uma série de imagens cuidadosamente cronometradas para recriar a passagem dos fótons pelo espaço. O sistema funciona em conjunto com um laser: conforme o raio é emitido, os sensores da máquina são acionados. Os fótons, que se espalham naturalmente pelo ar, são invisíveis para o olho humano, mas suficientes para que a câmera registre cada um em pixels individuais.

Como o sistema tem registro do momento exato em que a luz foi emitida, ele consegue calcular o tempo que ela levou para refletir no ar e voltar ao aparelho. Isso permite ao dispositivo calcular onde aquele ponto de luz esteve e faça a reconstrução da cena. Esta é a primeira vez que um efeito como esse é registrado sem o uso de um meio especial de dispersão da luz (como água, por exemplo) para medir o sinal da fonte luminosa.

Além do alcance A dinâmica é testada e visualizada com um simples feixe de laser refletido, mas tem potencial em situações mais práticas. O dispositivo, explicam seus criadores, pode capturar imagens que estão além do campo de visão, como objetos escondidos atrás de uma parede ou dentro de um prédio. “O tempo que a luz leva para chegar à câmera diz onde está o objeto. E a forma ou o padrão da luz dispersada pode dizer como ele é. Cada objeto tem uma forma única de luz dispersa”, esclarece Leach.

A exposição da Royal Society foi a primeira ocasião em que a câmera superveloz foi usada fora do ambiente laboratorial. No futuro, ela deve estar pronta para diversas aplicações, como missões de resgate, monitoramento de reações químicas ou diferentes aplicações médicas. Um exemplo é o exame de endoscopia, que se tornaria mais simples com uma câmera capaz de registrar aspectos ocultos na velocidade da luz.

A outra câmera demonstrada na exibição também usa uma técnica de reconstrução de imagens para criar um aparelho simples e de capacidade impressionante. A máquina ilumina o alvo com uma série de padrões variados de luzes por alguns segundos e, depois, combina as fotos registradas por um único pixel para criar uma fotografia. Conforme as imagens são registradas, o quebra-cabeça é formado de maneira quase sobrenatural, em um processo conhecido como ghost imaging (imagem fantasma, em inglês).

O trabalho já havia sido descrito no ano passado em um artigo na revista Science, no qual os pesquisadores explicavam como utilizam a técnica para produzir imagens tridimensionais de maneira rápida e relativamente barata. Na exposição inglesa, o grupo mostrou o quanto o projeto evoluiu desde então. “Não projetamos mais padrões de luz na cena para medir a luz refletida. Em vez disso, usamos a luz ambiente no cômodo ou de fora, que está iluminando a cena, e simplesmente medimos alguns padrões da imagem”, ressalta Matthew Edgar, da Universidade de Glasgow, no Reino Unido.

O dispositivo também ganhou projetores de luz 20 vezes mais rápidos, que permitem registrar um vídeo em tempo real, e foi aprimorado para produzir imagens em cores. “Estamos usando (o aparelho) para detectar diferentes cores de luz, em particular as do ‘infravermelho de ondas curtas’, que câmeras normais não podem ver e são captadas por tecnologias muito caras”, revela Edgar. O aparelho já é capaz de registrar imagens coloridas e em infravermelho simultaneamente e tem mais usos em potencial que uma câmera comum, apesar da simplicidade do projeto.

segredo está nos sensores Segundo os cientistas, a técnica pode ser usada para fotografar pessoas em três dimensões. O segredo está no uso de sensores em diferentes posições, que registram diferentes imagens e depois as combinam em um único objeto. Nessa dinâmica, é o sensor que determina o sombreamento da figura, e não a fonte de luz que incide sobre o objeto. O papel da fotografia é invertido, e o sensor faz o papel de fonte de luz, enquanto o projetor se comporta como a lente da câmera.

A pesquisa da câmera de pixel único tem se destacado como a primeira que pode não somente se igualar, mas superar equipamentos comuns usando a técnica da imagem fantasma, um campo de estudos que é alvo de experimentos há mais de 20 anos – até pouco tempo atrás, o princípio de fotografia invertido ficava limitado a experimentos de laboratório. De acordo com seus criadores, a invenção teria um grande uso na criação de aparelhos de visão noturna, na detecção de gases aparentemente incolores e na localização de tumores.