Los investigadores han utilizado la impresión por inyección de tinta para crear una versión multiespectral compacta de una cámara de campo luminoso. La cámara, que cabe en la palma de la mano, podría resultar útil para diversas aplicaciones, incluida la conducción autónoma, la clasificación de materiales reciclables y la teledetección.
La información espectral 3D puede resultar útil para clasificar objetos y materiales. Sin embargo, obtener información espacial y espectral 3D de una escena generalmente requiere múltiples instrumentos o un proceso de escaneo temporal. La nueva cámara de campo de luz resuelve este desafío al capturar simultáneamente información 3D y datos espectrales en una sola instantánea.
“Hasta donde sabemos, esta es la versión más avanzada e integrada de una cámara de campo de luz multiespectral”, dijo el líder del equipo de investigación Olli Lemmer del Instituto Tecnológico de Karlsruhe en Alemania. “Combinamos esto con nuevos métodos de inteligencia artificial para reconstruir la profundidad de la escena y las características espectrales para crear un sistema de sensores avanzado para la adquisición de información 3D”.
En Revista del Grupo Editorial Óptica Óptica Express, los investigadores informan que se pueden utilizar nuevos métodos de reconstrucción de imágenes y cámaras para distinguir objetos en una escena en función de sus características espectrales. El uso de la impresión por inyección de tinta para fabricar los componentes ópticos clave de la cámara permite personalizarla fácilmente o producirla en masa.
“Los datos 3D reconstruidos a partir de imágenes de cámaras se utilizan ampliamente en realidad virtual y aumentada, coches autónomos, robótica, dispositivos domésticos inteligentes, teledetección y otras aplicaciones”, afirmó Michael Heisman, miembro del equipo de investigación. “Esta nueva tecnología podría, por ejemplo, permitir que los robots se comuniquen mejor con los humanos o mejorar la precisión de la clasificación y separación de materiales en el reciclaje”.
Agregar color con la impresión de inyección de tinta
Las cámaras de campo luminoso, también conocidas como cámaras plenópticas, son dispositivos de imágenes especializados que capturan la dirección y la intensidad de los rayos de luz. Después de la adquisición de la imagen, se utiliza procesamiento computacional para reconstruir información de la imagen 3D a partir de los datos adquiridos. Estas cámaras suelen utilizar conjuntos de microlentes que se adjuntan a los píxeles del chip de la cámara de alta resolución.
Para crear una cámara de campo de luz multiespectral, los investigadores utilizaron impresión de inyección de tinta para crear cada lente individual en un lado de los portaobjetos de microscopio ultrafinos para recolectar una gota de material y luego imprimieron completamente en el lado opuesto de los portaobjetos de microscopio los conjuntos de filtros de color adjuntos. . El componente óptico resultante se integró directamente en el chip de la cámara CMOS. El método de impresión por inyección de tinta permitió una alineación precisa entre los componentes ópticos, lo que redujo significativamente la complejidad de fabricación y aumentó la eficiencia.
Debido a que esta configuración produce información espectral y de profundidad que está incrustada en la imagen de una cámara, los investigadores han desarrollado métodos para separar cada componente. Descubrieron que un enfoque basado en el aprendizaje profundo funciona mejor para extraer la información deseada directamente de las mediciones adquiridas.
Detección de objetos basada en espectros
“Afrontar el desafío de construir una cámara de campo de luz multiespectral sólo fue posible combinando avances recientes en fabricación, diseño de sistemas y reconstrucción de imágenes basada en IA”, afirmó Qiaoshuang Zhang, primer autor del artículo. “Este trabajo supera los límites de la impresión por inyección de tinta, un método versátil con alta precisión y escalabilidad industrial, para fabricar componentes fotónicos”.
Los investigadores probaron la cámara grabando una escena de prueba en la que había objetos tridimensionales multicolores a diferentes distancias. El algoritmo de reconstrucción de imágenes fue entrenado y probado en muchas imágenes multiespectrales sintéticas y reales. Los resultados demuestran que el prototipo de cámara puede adquirir simultáneamente información espacial y espectral en 3D y que se pueden visualizar y reconocer diferentes objetos en una sola instantánea a través de su diferente composición espectral e información de profundidad.
Ahora que han completado esta primera prueba de concepto, los investigadores están explorando diferentes aplicaciones en las que una cámara de campo luminoso con capacidad de adquirir información multiespectral podría resultar útil.
