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Un método desarrollado por investigadores de la Universidad de Zaragoza permite ver a través de las esquinas
El trabajo, publicado en la revista 'Nature', permite por primera vez reconstruir escenas no visibles complejas y de gran tamaño y abre la puerta al uso de esta tecnología en aplicaciones del mundo real en seguridad, misiones de rescate o vehículos autónomos.
Ver a través de las esquinas en escenas del mundo real no controladas en un laboratorio, incluyendo geometría y materiales complejos. Esta es la nueva técnica de imagen computacional, que han desarrollado científicos de la Universidad de Zaragoza y que permite adelantarte lo que hay a la vuelta de la esquina, aun sin apuntar directamente al lugar concreto, así lo confirma Diego Gutiérrez, uno de los investigadores que ha desarrollado la idea junto a Adrián Jarabo e Ibón Guillén y cuyo trabajo ha sido publicado en la presigiosa revista 'Nature', considerada la más importante en investigación científica.
Los tres pertenecen al Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza, y han desarrollado el método junto a investigadores de la University of Wisconsin - Madison, liderados por Andreas Velten.
La técnica combina hardware de imagen ultra-rápida a un billón de fotogramas por segundo con novedosas técnicas computacionales
Desde que Gutiérrez y su equipo, en colaboración con el MIT (EE.UU.) desarrollaron en 2013 una cámara capaz de capturar luz a un billón de frames por segundo, la idea de usar esta tecnología para ver a través de esquinas ha sido explorada por varios grupos a nivel mundial, pero hasta ahora se limitaba a objetos sencillos en condiciones ideales al laboratorio: "Esencialmente, a un billón de fotogramas por segundo podemos aproximar qué camino ha recorrido cada fotón al viajar por la escena, para luego invertir matemáticamente el camino de millones de fotones y reconstruir una escena", señala Adrián Jarabo.
"Sin embargo, invertir este camino resulta poco robusto, haciendo esta técnica impracticable salvo en situaciones sencillas en condiciones muy controladas", añade. Esas limitaciones hacían que esta prometedora tecnología no pudiese ser aplicada en condiciones realistas.
Según explica Diego Gutiérrez, para tratar de superar estas limitaciones, fue necesario adoptar un enfoque radicalmente nuevo: "Nos dimos cuenta de que las cámaras tradicionales no requieren modelos matemáticos complejos para capturar una imagen. De hecho, su funcionamiento básico es conocido desde hace unos 200 años. De modo que nos replantemos el problema de cero, y desarrollamos un modelo computacional que nos permite transformar una pared en una cámara virtual que captura directamente la escena oculta".
Estas cámaras virtuales poseen las mismas capacidades que los sistemas ópticos existentes, y es muy robusta a señales degradadas por ruido, rango, iluminación ambiental, e incluso a exposiciones muy cortas, necesarias para llevar esta tecnología al mundo real: "Ahora mismo capturamos escenas no visibles en medio minuto, pero para mitad del año que viene esperamos ser capaces de realizar la captura en uno o dos segundos, o incluso menos", comenta Ibón Guillén.
Este nuevo modelo no solo permite superar las limitaciones de los modelos previos, sino que "describe una nueva clase de algoritmos que a su vez abren la puerta a multitud de aplicaciones en campos como la seguridad, robótica, vehículos autónomos, medicina invasiva o situaciones de rescate en situaciones de catástrofes, donde los miembros de equipos de rescate podrían evaluar riesgos al entrar en zonas peligrosas sin necesidad de exponerse", comenta Gutiérrez. Un ejemplo podría ser un terremoto o un incendio, para que los efectivos de bomberos decidieran en qué habitación entrar a rescatar supervivientes, pudiéndolo ver antes a través de este método. "Se trata de poder ver algo cuando físicamente es imposible", atestigua el investigador.
Prueba del futurible impacto de esta tecnología está en el interés por parte del Departamento de Defensa de EE.UU., que ha cofinanciado esta investigación (junto con, entre otros, una Beca Leonardo de la Fundación BBVA a Adrián Jarabo) dentro del programa REVEAL. A medio plazo, la NASA está en proceso de pruebas para incorporar esta tecnología para la exploración remota de cuevas lunares.
Un hito que, sin duda, es muy importante para las carreras profesionales de los tres investigadores. Máxime teniendo en cuenta que se ha hecho eco de su trabajo nada menos que la prestigiosa revista científica 'Nature'. En este sentido, Gutiérrez afirma que era difícil de imaginar que un día pubilcaría en 'Nature'. "Es un orgullo enorme para nosotros", concluye con satisfacción.
Trayectoria de los tres investigadores del I3A
Diego Gutiérrez es fundador y director del Graphics and Imaging Lab del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) y Catedrático en el Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas de la Universidad de Zaragoza. Ha publicado más de 120 artículos en temas de informática gráfica e imagen computacional. En 2016 obtuvo una ERC Consolidator Grant de la Comisión Europea.
Adrián Jarabo es investigador post-doctoral en el Graphics and Imaging Lab. Ha publicado 25 artículos en revistas científicas, en el campo de la simulación y análisis de transporte de luz. En 2017 obtuvo el Eurographics PhD Award a la mejor tesis del año en Europa en su campo, y en 2018 consiguió una Beca Leonardo de la Fundación BBVA.
Ibón Guillén es investigador pre-doctoral en el Graphics and Imaging Lab, supervisado por Prof. Gutiérrez y Dr. Jarabo, en simulación del transporte de luz a escala de picosegundos.
