Los ojos compuestos de insectos pueden detectar objetos que se mueven rápidamente en paralelo y aumentar la sensibilidad integrando señales a lo largo del tiempo para determinar el movimiento en condiciones de poca luz. Inspirándose en estos mecanismos biológicos, los investigadores de KAIST han desarrollado con éxito una cámara de alta velocidad y bajo costo que supera las limitaciones de velocidad de cuadros y sensibilidad que enfrentan las cámaras de alta velocidad convencionales.
KAIST (representado por el presidente Kwang Hyung Lee) anunció el 16 de enero que un equipo de investigación dirigido por los profesores Ki Hyun Jeong (Departamento de Biología e Ingeniería Cerebral) y Min H. Kim (Escuela de Computación) desarrolló una novela que es Cámara inspirada en los ojos de un insecto capaz de generar imágenes a ultra alta velocidad con alta sensibilidad mientras imita la estructura visual.
Obtener imágenes de alta calidad a alta velocidad y en condiciones de poca luz es un desafío importante en muchas aplicaciones. Si bien las cámaras tradicionales de alta velocidad son expertas en capturar movimientos rápidos, su sensibilidad disminuye a medida que aumenta la velocidad de fotogramas porque disminuye el tiempo disponible para captar la luz.
Para resolver este problema, el equipo de investigación adoptó un enfoque similar a la visión de los insectos, utilizando múltiples canales ópticos y suma temporal. A diferencia de los sistemas de cámara monocular tradicionales, la cámara bioinspirada emplea una estructura compuesta similar a un ojo que permite la adquisición paralela de fotogramas en diferentes intervalos de tiempo.
Durante este proceso, la luz se acumula durante períodos de tiempo superpuestos para cada cuadro, lo que aumenta la relación señal-ruido. Los investigadores demostraron que su cámara bioinspirada puede capturar objetos 40 veces más oscuros que las cámaras convencionales de alta velocidad.
El equipo también introdujo una técnica de “división de canales” para aumentar significativamente la velocidad de la cámara, logrando velocidades de fotogramas miles de veces más rápidas que las admitidas por el sensor de imagen utilizado en el paquete. Además, se utilizó un algoritmo de “restauración de imágenes comprimidas” para eliminar el desenfoque causado por la fusión de fotogramas y reconstruir imágenes nítidas.
La cámara resultante de inspiración biológica tiene menos de un milímetro de grosor y es extremadamente compacta, capaz de capturar 9.120 fotogramas por segundo y ofrecer imágenes claras en condiciones de poca luz.
El equipo de investigación planea ampliar esta tecnología para desarrollar algoritmos avanzados de procesamiento de imágenes para imágenes 3D e imágenes de superresolución, destinados a aplicaciones en imágenes biomédicas, dispositivos móviles y varias otras tecnologías de cámaras.
Hyun-Kyung Kim, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Bio y Cerebral de KAIST y primer autor del estudio, dijo: “Confirmamos experimentalmente que la cámara inspirada en el ojo del insecto puede detectar imágenes de alta velocidad y con poca luz. Ofrece un rendimiento excepcional. A pesar de su pequeño tamaño, esta cámara abre posibilidades para diversas aplicaciones en sistemas de cámaras portátiles, vigilancia de seguridad e imágenes médicas”.
La investigación fue publicada en una revista internacional. Avances en la ciencia En enero de 2025.
El estudio fue apoyado por el Instituto de Investigación de Corea para la Planificación y el Avance de la Tecnología de Defensa (KRIT) de la Administración del Programa de Adquisiciones de Defensa (DAPA), el Ministerio de Ciencia y TIC y el Ministerio de Comercio, Industria y Energía (MOTIE).
