Un revolucionario método mejora la visión en la oscuridad

Un trabajo de investigación desarrollado en el Department of Electrical Engineering de la Universidad de Princeton ha desembocado en un nuevo y efectivo método para revelar imágenes ocultas en la oscuridad. Las aplicaciones de este avance óptico, logrado a partir de materiales no lineales, son múltiples y de gran importancia. Abarcan por ejemplo la mejora de la visibilidad en la conducción de automóviles y aeronaves, una mayor efectividad en gafas para visión nocturna o el uso de dispositivos médicos aplicados para observar el interior del cuerpo humano, entre otras funciones.

El método desarrollado por los ingenieros de Princeton se basa en la sorprendente habilidad para aclarar una figura u objeto mediante los rayos de luz presentes en una imagen irreconocible para el ojo humano, como por ejemplo la luminosidad existente en un cielo repleto de nubes, en el interior del tejido humano o en el agua turbia.

En sus experimentos, los investigadores obtuvieron un claro patrón de números y líneas al restaurar una oscurecida imagen. El proceso integra al ruido de la imagen, o sea todas aquellas distorsiones visuales, y lo hace interactuar con la señal gráfica. El resultado es una amplificación y optimización de la imagen original.

Según Jason Fleischer, profesor asistente de ingeniería eléctrica en Princeton y autor principal del estudio, en ocasiones el ruido y la señal pueden dialogar, empleándose la energía del ruido para amplificar la señal. En el caso de las señales débiles, como imágenes distantes u oscuras, el ruido puede realizar importantes aportes para mejorar la calidad de la imagen.

Amplias aplicaciones

En consecuencia, la capacidad de impulsar las señales visuales de esta manera podría mejorar una amplia gama de tecnologías, como por ejemplo la empleada por los médicos para visualizar los fetos durante el embarazo o los sistemas de radar que utilizan los pilotos de aeronaves para navegar a través de tormentas y turbulencias.

El nuevo método también podría aplicarse con gran éxito en tecnologías tales como gafas de visión nocturna, dispositivos para la inspección de estructuras subterráneas y ubicadas en el fondo del mar y en la esteganografía, aquella disciplina destinada a ocultar mensajes u objetos dentro de otros por cuestiones de seguridad.

Los resultados de esta investigación fueron divulgados a través de una nota de prensa de la Universidad de Princeton, y merecieron además la reciente publicación de un artículo online en la revista especializada Nature Photonics. Junto a Fleischer trabajó Dmitry Dylov, un estudiante graduado de ingeniería eléctrica de la misma universidad.

Un punto esencial del experimento desarrollado por Fleischer y Dylov es la introducción de un cristal de niobato de estroncio bario (SBN), un material que pertenece a una clase de sustancias conocidas como no lineales, dada su capacidad para alterar el comportamiento de la luz de manera extraña.

Cómo se produce el fenómeno

El mencionado cristal no lineal actúa sobre diferentes partes de la imagen intervenida, permitiendo que la señal visual y el ruido de la imagen interactúen. De esta manera, y al ajustar un voltaje eléctrico determinado a través de la pieza de niobato de estroncio bario, los investigadores logran incrementar la visibilidad de las imágenes ocultas u oscuras.

Un ejemplo aportado por los ingenieros para graficar el funcionamiento del nuevo sistema es realmente muy claro. Se trataría de algo similar a tomar una foto de una persona en la oscuridad, en la cual el brillo emitido por la vestimenta del individuo interactúa con el fondo más oscuro. El contraste entre ambas realidades provoca que la persona se destaque en la fotografía.

La técnica, conocida como resonancia estocástica, solamente funciona cuando existe una cantidad de ruido de imagen capaz de abrumar a la señal original. Se ha observado su utilidad en una gran variedad de campos, como por ejemplo la neurociencia, pero nunca se la ha utilizado hasta hoy para obtener imágenes de esta manera.

Basándose en los resultados de su experimento, Fleischer y Dylov han desarrollado nuevas aplicaciones para esta técnica, que además se relaciona con una nueva teoría para la introducción del ruido de imagen en las señales visuales a través de materiales no lineales. Para su desarrollo se combinan ideas de los campos de la física estadística, la teoría de la información y la óptica. La investigación fue financiada por la National Science Foundation, el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Fuerza Aérea del mismo país.