Los investigadores han presentado un nuevo método 3D para rastrear objetos que se mueven rápidamente a velocidades antes inalcanzables.
El nuevo enfoque de seguimiento es en tiempo real y aprovecha la tecnología de imágenes de un solo píxel. El equipo cree que podría revolucionar varios campos, incluida la conducción autónoma, la inspección industrial y los sistemas de control de seguridad.
Dirigido por Zihan Jing de la Universidad Tsinghua en China, el equipo logró una velocidad de seguimiento más de 200 veces más rápida que los métodos anteriores basados en vídeo. Esta hazaña se logró sin depender de información de movimiento previa y utilizando recursos computacionales mínimos, lo que la hace aún más impresionante.
«Nuestro enfoque no requiere la reconstrucción de la imagen del objeto para calcular su posición, lo que reduce en gran medida el almacenamiento de datos y los costos computacionales», explicó Jing.
«Específicamente, obtener coordenadas 3D requiere sólo 6 bytes de espacio de almacenamiento y 2,4 microsegundos de tiempo de cálculo. Al reducir los costos computacionales y mejorar la eficiencia, esto puede reducir el costo del equipo necesario para el seguimiento de alta velocidad».
Reinventando la fotografía de un solo píxel
En el corazón de esta innovación se encuentra un enfoque reinventado para la fotografía de un solo píxel. Tradicionalmente, la fotografía de un solo píxel implica iluminar una escena en una serie de patrones. Luego se utiliza un detector de un solo píxel para medir los valores de intensidad correspondientes.
El equipo de investigación llevó este concepto más allá al implementar un enfoque de proyección no ortogonal.
Este nuevo enfoque proyecta patrones de luz geométricos en dos planos no ortogonales, generando coordenadas 3D que se utilizan para calcular la posición de un objeto. El método de proyección no ortogonal proporciona una mayor eficiencia con un tamaño general del sistema más pequeño en comparación con su contraparte ortogonal.
El equipo validó su método mediante simulaciones y experimentos del mundo real. Su configuración experimental incluía un láser de 532 nm para iluminación activa, un dispositivo de microespejo digital (DMD) con una velocidad de modulación de 20 kHz para crear patrones de luz y dos detectores de un solo píxel para recolectar señales ópticas.
Para probar su sistema, los investigadores rastrearon una bola de metal con un agujero central mientras se movía a lo largo de un alambre espiral curvo bajo la influencia de la gravedad. Al iluminar el objeto con patrones de luz específicos y analizar las señales de los detectores, calcularon con precisión su posición 3D.
Velocidad y eficiencia
Los resultados de los experimentos fueron nada menos que impresionantes. Utilizando un DMD con una tasa de modulación de 20 kHz, los investigadores lograron una tasa de seguimiento de 6667 Hz. Esta capacidad de seguimiento ultrarrápido abre nuevas posibilidades para estudiar movimientos rápidos que antes eran imposibles de capturar con precisión.
Una de las principales ventajas que ofrece el nuevo método es su eficiencia en términos de almacenamiento y procesamiento de datos. Al eliminar la necesidad de reconstruir la imagen del objeto, el sistema reduce significativamente la carga computacional típicamente asociada con el seguimiento de alta velocidad.
Además, las implicaciones de esta investigación se extienden más allá de las aplicaciones industriales. en presione soltar«Esta tecnología de localización de alta velocidad se puede utilizar en investigaciones científicas, como estudios de trayectorias de vuelo de insectos», enfatizó Geng. La capacidad de rastrear movimientos precisos y rápidos con tanta precisión podría abrir nuevos conocimientos en campos que van desde la biología hasta la física.
A pesar de su carácter revolucionario, esta tecnología no está exenta de limitaciones. Actualmente, sólo puede rastrear un objeto a la vez. Sin embargo, el equipo de investigación ya está desarrollando formas de ampliar la capacidad de rastrear múltiples objetos utilizando imágenes de un solo píxel.
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