Cámaras sin lente generan datos 3D a partir de una única fotografía

La idea de que una cámara sin lente pueda capturar una imagen reconocible ya resulta contraintuitiva para muchos. Más aún lo es la posibilidad de extraer datos tridimensionales de una escena a partir de una única captura realizada con un dispositivo tan elemental. Sin embargo, el investigador Jon Bumstead, conocido por sus trabajos en óptica e imagen no convencionales, ha logrado precisamente eso.

Tradicionalmente, la ausencia de una lente en una cámara de objetivos intercambiables resulta en una imagen caótica, borrosa y sin sentido. El papel de la lente es enfocar la luz en un plano específico del sensor para formar una imagen nítida. No obstante, Bumstead ha explorado un enfoque diferente: en lugar de enfocar la luz con óptica convencional, utiliza la difusión y el procesamiento computacional.

Hace aproximadamente seis meses, Bumstead demostró cómo una pieza de cinta transparente sobre el sensor de una cámara Raspberry Pi podía, paradójicamente, difundir la luz entrante y hacerla más enfocable. Mediante un proceso matemático conocido como deconvolución —una suerte de transformada de Fourier inversa—, el "ruido" aparente se podía transformar en una imagen bidimensional reconocible.

En su trabajo más reciente, Bumstead ha refinado esta técnica. Ha mejorado su configuración de cámara al incorporar un agujero estenopeico (pinhole) delante del sensor y ha reemplazado la cinta transparente por un difusor de grado profesional. Este cambio no altera el principio fundamental, pero proporciona una mayor consistencia y una calidad superior en los datos capturados.

Con esta nueva configuración, Bumstead ha sido capaz de ir un paso más allá y capturar datos tridimensionales. La clave reside en entender que los datos de imagen capturados por la cámara carecen de un punto focal predefinido. Al no haber lente que enfoque a una distancia particular, el enfoque se realiza durante el posprocesado. Esto significa que Bumstead puede seleccionar la distancia de enfoque después de haber capturado la imagen, un concepto similar al de la fotografía de campo de luz (light field photography).

Es posible procesar grupos de píxeles en una imagen para determinar su grado de nitidez. Aprovechando esta capacidad, se puede determinar la distancia de los objetos examinando qué elementos están enfocados en cada "capa" de una pila de enfoque (focus stack) generada digitalmente. Esto produce un mapa de profundidad. Al combinar este mapa con una técnica de desplazamiento digital, se puede obtener un resultado similar a una imagen estereoscópica, pero generada a partir de una única captura. El conjunto de estas piezas de información permite construir datos 3D de la escena desde el punto de vista de la cámara. Estos datos pueden visualizarse de diversas maneras, como un efecto de "tomografía computarizada" o como puntos en un espacio tridimensional. Este avance subraya la riqueza de información inherente a la luz y el potencial de las ópticas computacionales para redefinir los límites de la captura de imágenes.