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Universidad Cat ´ olica “Nuestra Se ˜ nora de la Asunci ´ on” Articulo Femto-Photography Autor: DiosnelD´avalos Supervisor: Juan de Urraza Un trabajo de investigaci´ on presentado en cumplimiento con la materia Teor´ ıa y Aplicaci´ on de la Inform´ atica Facultad de Ciencias y Tecnolog´ ıa Departamento de Electr´onica Inform´ atica 21 de septiembre de 2014

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Universidad Catolica“Nuestra Senora de la Asuncion”

Articulo

Femto-Photography

Autor:

Diosnel Davalos

Supervisor:

Juan de Urraza

Un trabajo de investigacion presentado en cumplimiento con la materia Teorıa y

Aplicacion de la Informatica

Facultad de Ciencias y Tecnologıa

Departamento de Electronica Informatica

21 de septiembre de 2014

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Universidad Catolica

“Nuestra Senora de la Asuncion”

Abstract

Facultad de Ciencias y Tecnologıa

Departamento de Electronica Informatica

Articulo

Femto-Photography

por Diosnel Davalos

Se presenta la Femto-Fotografıa que es una novedosa tecnica de captura de imagenes que

permite ver la propagacion de la luz en camara lenta. Se logra la reconstruccion de las

imagenes en movimiento, con la increıble resolucion de trillones de frames por segundos.

Basicamente se reconstruyen las imagenes utilizando la velocidad de propagacion de los

fotones que se da en Fento-Segundos. Para esto se utiliza la Fento-Camara que cuenta

con caracterısticas de velocidad de captura extremadamente altas, capaz de calcular

el tiempo de la trayectoria del haz de laser enviado desde el instante que sale hasta

que retorna al origen, con lo que se induce la posicion relativa del objeto que tal vez

no se encuentre en una lınea de vison directa. Tiene aplicaciones en areas artısticas,

reconstruccion de imagenes medicas, analisis de materiales y puede servir de motivacion

para implementar como una nueva forma de realizar fotografıas computarizadas.

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Indice general

Abstract I

Indice general II

Indice de figuras III

Femto-Photography 1

1.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2. Estado del Arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.1. LIDAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2.2. CORNAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.3. FEMTOPHOTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3.1. Automovilismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3.2. Medicina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3.3. Otros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4. Ventajas y Desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4.1. Ventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.4.2. Desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5. Resultados y Discusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.6. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Bibliografıa 14

ii

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Indice de figuras

1.1. Legada de fotones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2. Experimento de la Camara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3. Captura de imagenes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.4. Aplicacion automivilistica - Evitar Colisiones . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.5. Aplicacion medica - Endoscopıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.6. Aplicacion en Rescates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.7. Proceso de Captura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.8. Proceso de reconstruccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

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Femto-Photography

1.1. Introduccion

El termino Femto se considera un prefijo del sistema internacional de medidas el cual

sirve para indicar un factor de 10−15. El origen de la palabra se remonta a la ciudad

de Dinamarca, un termino Danes Femte, que significa quince. Por lo tanto sirve para

indicar la capacidad que tendra la camara de capturar imagenes con una frecuencia

extremadamente alta.

Existe una multitud de tipos de camaras lo que nos dificulta citar o clasificarlas, en-

marcandolas por sus caracterısticas, complejidad y especializaciones. La tecnologıa en

este campo va en alzas tomando como ejemplo el rubro de los telefonos moviles se puede

notar que tiende a aumentar cada vez mas la resolucion de las camaras, bajo estas cir-

cunstancias este nuevo invento entrarıa a revolucionar totalmente el mercado de captura

y procesamiento de imagenes.

Tal es ası que se pueden notar muy rapidamente sus ventajas comparativas con respecto

a las camaras de hoy dıa en cuanto a las prestaciones, no ası en los precios y dimensiones.

Utilizando este nuevo integrante de la tecnologıa grafica se podrıan llegar a salvar vidas

en autopistas, utilizarlo para rescates en recintos cerrados, resguardar la integridad de

soldados en guerras advirtiendo sobre lıneas enemigas y en cuanto al area medicas una

infinidad de aplicaciones.

¿Como verıamos el mundo a la velocidad de la luz?. Con esta nueva tecnica de fotografıa

computacional se podrıa llegar a ver la luz en camara ultra lenta a medida que se desplaza

e interactua con diferentes objetos. Se capturan fotones con una resolucion temporal de

menos de 2 picosegundos por frame. Se ha logrado construir una camara que puede ver

mas alla de la lınea de vision convencional, por ejemplo lograr apreciar algun cuerpo del

otro lado de la esquina sin necesidad de doblarla.

La camara utiliza el haz de luz que viaja desde el objeto hacia ella de forma indirecta.

Esto lo hace mediante la reflexion producida por las paredes u otros obstaculos para

1

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Femto-Photography 2

poder reconstruir un objeto en tres dimensiones, obtiene una forma 3D. Esta super

camara fue desarrollada por el grupo de investigacion del “Camera Culture MIT

Media Lab” en colaboracion con “Bawendi Lab” del departamento de quımica del

MIT.

De esta forma abordaremos puntos que nos permitan evaluar mejor esta tecnologıa

primeramente indicando el estado del arte, posteriormente indagar mejor en las aplica-

ciones, de ahı sacar criterios para lograr definir ventajas y desventajas por ultimo quitar

un juicio sobre lo expresado exponiendo claramente aportes actuales y futuros para la

mejora de la humanidad tanto en lo social como en lo economico.

1.2. Estado del Arte

Se le puede adjudicar los primeros estudios de Femto-Fotografia a Nils Abramsson, quien

inicio las investigaciones en el siglo XX llegando a conclusiones satisfactorias a mediados

de los anos 70 en el instituto Real de Tecnologıa de Suecia.[1]

Anclando bases en esto el Instituto Tecnologico de Massachusetts (MIT) inicia las inves-

tigaciones mas actuales sobre la Femto-Camara, quienes dirigidos por Ramesh Raskar

en colaboracion con otros centros de estudios han logrado un incremento cualitativo

considerable en esta area, esto lo lograron utilizando una camara streak [2] la cual es

sincronizada con un laser de pulsos de zafiro-titanio[3], con esto logran obtener imagenes

en dos y tres dimensiones sin necesidad que lo observado se encuentra en una lınea de

vision directa[4].

1.2.1. LIDAR

LIDAR por sus siglas Laser Imaging Detection and Ranging esta tecnologıa permite

determinar la distancia desde un emisor laser hasta un objeto dado utilizando un haz

pulsado de laser, se podrıa comparar de forma analoga con la tecnologıa RADAR donde

se usan ondas de radios en vez de la luz. La distancia del objeto se calcula gracias al

retardo que existen entre la emision de la luz y su regreso al emisor a traves de una senal

reflejada. [5]

Esta tecnologıa se remonta a los anos 60, solo un poco despues de la invencion del

laser propiamente dicho, su primera aplicacion fue en la meteorologıa, que se utilizaba

basicamente para medir las nubes, pero su conocimiento masivo se dio en el ano 1971

cuando se utilizo en el proyecto de la nasa Apolo 15, cuando los astronautas utilizaron

un altımetro de laser para poder mapear la superficie de la luna.[6]

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Femto-Photography 3

Se conoce una gran variedad de aplicaciones de esta tecnologıa, por citar las mas popu-

lares tenemos a al agricultura[7], arqueologıa[8], industria automotriz para sus vehıculos

autonomos[9], geologıa[10], meteorologıa[11], industria militar[12], astronomıa[13][14],

robotica[15].

Contrastando este proyecto con la investigacion se destaca que se utiliza la tecnologıa

de los laser para poder detectar objetos, este enfoque fue de mucha utilidad para el

investigacion de la Femto-Camara y de la misma manera para la Femto-Fotografıa y la

reconstruccion de imagenes.

1.2.2. CORNAR

Este proyecto se hace conocido en el 2011 con el lanzamiento de su primer paper[16],

que tiene un tıtulo atrapante indicando que se podrıa ver al otro lado de la esquina,

ası pareciera ser algo de ciencia ficcion pero no lo es, tal es el caso que se utilizan

tecnicas tan sofisticadas de reconstruccion de imagenes aprovechando al maximo las

propiedades de velocidad y tiempo de vuelo de las luz.

La luz detectada por el sensor es una luz reflejada por el objeto que se encuentra en

la lınea de vision de la camara, que a su vez son reflejados por los elementos que no

se encuentran en una lınea directa hacia el observador. Aquı nos encontramos con un

fenomeno de rebotes o reflexiones multiples que haran posible que la luz proveniente del

cuerpo, fuera del alcance ocular, llegue al detector de luces, el cual se encargara pos-

teriormente de la reconstruccion. En una imagen convencional no se puede aprovechar

estas multipes reflexiones ocacionadas por la luz ya que son difusas.

Entre sus potenciales aplicaciones se encuentran planes de busqueda y rescate en ese-

narios peligrosos como incendios, derrumbes, etc., tambien se aprovecharıan para evitar

colisiones de vehıculos en la via publica, en un ambiente industrial o robotico para

mejorar la vision de los robots y maquinas, asi como una potencial aplicacion medica

en la reconstruccion de imagenes obtenidas dentro del cuerpo humano utilizando las

encoscopias viendo ası a traves de obstaculos carnosos, sanguıneos, etc.[17]

Esta proyecto es la base fundamental para el trabajo de investigacion ya que la Femto-

Camara utiliza todos estos principios y avances para poder mejorar la calidad de las

fotografıas fuera del alcance visual, reconstruccion de imagenes, detencion de objetos

explotando al maximo las propiedades de la propagacion de la luz.

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Femto-Photography 4

1.2.3. FEMTOPHOTO

Ver una partıcula de luz en movimiento ya no sera un inconveniente con el nuevo invento

del MIT para su proyecto Femto-Fotografıa con el cual se podra visualizar un foton en

movimiento, en camara extremadamente lenta, ası como en los anos 60 Harold “Doc”

Edgerton[18] logro capturar una bala en movimiento con mas de 1 millon de frames por

segundo, hoy aproximadamente 50 anos despues se supera ampliamente esa cantidad, a

la increıble capacidad de 1 trillon de frames por segundo.

Para entender como funciona la camara de picosegundos, primero tenemos que hablar un

poco acerca de la velocidad de la luz, y las limitaciones de las camaras convencionales.

Como se conoce desde hace siglos, la velocidad de la luz denotada por c es muy, muy

rapida: c = 3108

ms , o 300 millones de metros por segundo. Para decirlo de otra manera,

en una mil millonesima de segundo (nanosegundo), la luz se desplaza 30 centımetros,

mas o menos un pie.[19]

Aprovechando las propiedades de la luz expresadas anteriormente, los fotones que llegan

en distintos momentos a la camara son ubicadas en distintos lugares de la pantalla. Esto

se ilustra en la figura 1.1; cuatro pulsos que vienen en cuatro momentos diferentes (rojo

llega primero, y luego en azul, luego purpura, luego amarillo) son colocados a diferentes

alturas en la pantalla.

La ventaja obtenida con la velocidad es evidente, registramos informacion de la posicion

gracias a los tiempos de llegadas diferentes, asi como tambien distancias, y por lo tanto

se puede obtener informacion de espacio y tiempo de una vez. El proceso es muy rapido,

una camara de barrido Hammamatsu C5680 comercial puede registrar una pelıcula con

una resolucion temporal de 2 picosegundos, que es exactamente lo que necesitamos para

capturar el movimiento de la luz.[2]

El experimento en sı utiliza un zafiro-titanio como laser que pueden producir pulsos muy

regulares que tienen una duracion de 50 Femto-Segundos. Cada pulso se fragmenta con

un divisor de haz, y parte del impulso se envıa a un detector para activar la camara,

mientras que la otra parte va para iluminar la escena. En el procedimiento las diferentes

rebanadas o filas de datos fueron producidas barriendo la escena de izquierda a derecha

por elevacion y descenso del objeto, para el primer prototipo se utilizaron un conjunto

de espejos para lograr esas pasadas. Un esquema sencillo se muestra en la figura 1.2.

El pulso de laser pasa a traves de un agujero de un alfiler antes de iluminar la escena,

esto se traduce en una onda esferica que ilumina el objeto en lugar de un rayo laser

altamente direccional.

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Femto-Photography 5

Figura 1.1: Se diferencian los colores de los fotones que llegan en deferentes tiempo,con esto se puede ubicar el espacio y el tiempo.

La cantidad de luz que llega a la camara es bastante pequena, debido en gran parte a

la resolucion de tiempo, en otras palabras muy poca luz pasa en 2 picosegundos. Para

compensar esto, 100 frames fueron tomados por cada fila del objeto, la pelıcula final es,

por tanto, no solo una combinacion de multiples filas del objeto, sino que tambien es un

promedio en muchos frames por cada fila. Se ilustra en la figura 1.3 las filas o rebanadas

tomadas por la camara del proyecto y una camara convencional.

Las pelıculas en camara lenta capturadas por esta nueva tecnologıa siguen el concepto

basico presentado mas arriba, quedando claro que el area va seguir evolucionando, tal

vez hoy aun no quepan en el bolsillo pero se esta avanzando a pasos agigantados.

1.3. Aplicaciones

Esta increıble tecnologıa podrıa tener aplicaciones ilimitadas en navegacion para au-

tomoviles, aplicaciones de rescate y la robotica. Raskar el administrador del proyecto,

piensa que la femto fotografıa tambien podrıa convertirse en la proxima modalidad de

captura y procesamiento de imagenes medicas. Se presume un nuevo tipo de endoscopıa

que no va a atravesar las arterias, sino que podrıa tomar fotos desde un unico punto,

utilizando femto camara para mirar alrededor de los diversos pliegues y espacios.

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Femto-Photography 6

Figura 1.2: Esquema del funcionamiento de la camara de 2 picosegundos de resolucionde tiempo.

Figura 1.3: Captura de frames de una camara convencional a la izquierda y la capturade una streak camara a la derecha.

Exponemos las aplicaciones mas destacadas hasta el momento de esta novedosa creacion

que se encuentra descubriendo sus fronteras en cuanto a aplicaciones y limitantes en las

diversas areas.

1.3.1. Automovilismo

En el ambiente automovilıstico se destaca fundamentalmente la capacidad que se tendrıa

en evitar colisiones y lograr obtener un mayor grado de autonomıa en el control del

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Femto-Photography 7

Figura 1.4: Evitar colisiones en esquinas ciegas, con angulos menores o iguales a 90grados.

vehıculo, de esta manera se podrıa mejorar lo que Google se encuentra desarrollando

hace varios anos denominado Self-Driving.[20]

Su funcionamiento basicamente utiliza toda la propiedad de la Femto-Camara, esto es,

disparando un haz pulsado de laser por alguna superficie antes de que el movil llegue a

alguna interseccion de tal forma de anticipar la presencia o ausencia de algun obstaculo

que impida seguir circulando. La aplicacion es tan buena que podrıa reducir bastante el

ındice de choques que ocurren a nivel mundial, y si llegamos al dıa que los automoviles

puedan ser totalmente independiente del conductor, estoy tentado a aproximar que el

porcentaje de colisiones automovilısticas se resduciria en mas del 90 %. Un esbozo de

esto se muestra en la figura 1.4.

1.3.2. Medicina

En medicina promete bastante ya que propone una nueva forma o mas bien tecnica

que permitira que las endoscopıas se realicen de una forma mas sencilla sin incomodar

a los apaciente, no solo eso, sino captando mayor cantidad de informacion para los

profecionales de la salud.

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Femto-Photography 8

Figura 1.5: Demostracion de distintos tipos de endoscopıas realizables con la Femto-Camara.

Con algunos prototipos ya se lograron conseguir imagenes en 3 dimensiones de objetos

que se encontraban dentro de una habitacion gracias a un lanzador de pulsos de laser,

esto es un pequeno avance de lo que podrıa realmente realizar.[21]

Imaginemos endoscopıas con una pequena camara que tomarıa imagenes del interior del

cuerpo humano ingresando por un orificio reducido sin necesidad de penetrar profundi-

dades causando dolor o algun tipo de dano al organismo de la persona, esto se obtiene

haciendo rebotar un haz de luz sobre ciertas cavidades, logrando ası visualizar lugares

impensables o inalcanzables en el pasado debido a que son organos muy sensibles por lo

que tratar con ellos es mas delicado. De forma a ilustrar unos tipos de endoscopias que

se podrıan llegar a realizar se muestran en la figura 1.5.

1.3.3. Otros

Otras aplicaciones mas se dan en diversos ambitos, uno de ellos es poder observar dentro

de un recinto en llamas si hay sobrevivientes haciendo reflejar la camara por la ventana

u otro obstaculo, de tal forma de no poner en peligro a los rescatistas y en caso de

existir algun individuo en apuros poder auxiliarlo lo antes posible y de la mejor forma,

observando su alrededor para inducir el mejor camino para llevar a cabo el rescate.

Observe la figura 1.6.

Tambien se hace alusion a la posible inclusion en la milicia de esta tecnologıa, esto

viene dado gracias a las prestaciones de poder observar mas alla de los obstaculos que

eventualmente se dan en un frente de batalla, no solo se limita a campos de guerra sino

tambien se puede incluir el analisis previo de lugares inhospitos o desconocidos antes

de realizar un reconocimiento terrestre, ayudando a salvaguardar vidas de amenaza

forestales, animales o enemigas propiamente dichas.

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Femto-Photography 9

Figura 1.6: Esbozo de un rescate, que se da lugar en un domicilio en llamas conpersonas en situacion de peligro.

1.4. Ventajas y Desventajas

En el trascurso de la exposicion destacamos varias ventajas, pero no esta demas darle

un enfasis en algunos puntos fuertes de esta nueva tendencia tecnologica.

1.4.1. Ventajas

Esta super camara puede ser utilizada para realizar analisis de materiales, de tal forma

que se puedan identificar fallas antes de que salga a la venta o se ponga en produccion

el producto final.

Capacidad de captura de trillones de frames por segundo, cuya aplicacion es diversa

en una de ellas poder observar fotones en movimiento, en ambitos experimentales y

laboratorios de estudios cuanticos seria de mucha utilidad.

Reconstruccion de imagen en tres dimensiones, esta propiedad es fundamental para

grabar imagenes fuera de angulo de vision, se han indicado bastantes aplicaciones de esta

propiedad que incorpora una nueva tecnica de analisis y reconstruccion de imagenes.

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Femto-Photography 10

1.4.2. Desventajas

No se puede capturar cualquier evento arbitrario cuyo movimiento tambien sean en pico

segundos. Es fundamental destacar esto, ya que las pruebas de este primer prototipo se

realizaron con una super camara de 2 pico segundos de resolucion de tiempo y un laser

que enviaba pulsos repetitivos a una velocidad muy alta, las imagenes capturadas son

de eventos repetitivos extremadamente veloces como el paso de un foton a traves de un

tubo. La clave aquı es la palabra “repetitivo” con lo cual se indica que eventos veloces

de una sola aparicion aun no son posibles de capturar.

Otra desventaja importante es que no cualquiera la puede utilizar aun, como se sabe es

una nueva tecnologıa, se encuentra en desarrollo constante, otro factor es que el prototipo

presentado tiene grandes dimensiones que aun impide la portabilidad.

Y un punto no menor es que trabajar con fotones pueden acarrear problemas de sa-

lud, esto es primordialmente para los desarrolladores e investigadores de otras areas

que quieran utilizar esta tecnologıa asi como se encuentra ahora sin buenos niveles de

proteccion.

1.5. Resultados y Discusion

Se captura una serie de imagenes iluminando con un simple punto de luz sobre una

pared que fue generado por un laser y se graba una imagen a partir de los fotones que

fueron reflejados por los objetos y a su vez nuevamente por la pared para poder volver

hacia la streak camara.

Esto se logra recorriendo la pared que obstruye la vision, realizando un barrido de luz

sobre el obstaculo que proveera la reflexion hacia el objeto que se quiere visualizar. Este

barrido de realiza de derecha a izquierda y de abajo para arriba de esta manera se logra

observar el objeto por puntos completamente. Al observar la imagen de la figura 1.7

podemos observar el proceso de captura y reconstruccion de la imagen, donde en la

imagen (b) y (c) de denotan las intensidades de las luces que han llegado de nuevo a la

camara, con lo que se indica la posicion relativa del objeto. De esta forma las secciones

rojas indican las luces que han llegado con mayor intensidad o lo que es lo mismo,

que el punto en cuestion se encuentra mas cerca y las secciones en azul indican menor

intensidad y por ende el punto del objeto evaluado se encuentra mas alejado.[22]

Aun mas, esta reconstruccion realiza varias capturas de cada frame por colores, rela-

cionados a los tiempos de llegada y distancia, de tal forma a modelar las cavidades y

protuberancias de la superficie observada, estos frames son combinados de tal forma a

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Femto-Photography 11

Figura 1.7: Proceso de captura de imagenes con la Femto-Camara indicando desde lasalida del haz producido por el laser hasta la su retorna al la Streak Camara donde se

indican las intensidades de luces recibidas.

construir una imagen lo mas parecida posible a la realidad, aunque esta reconstruccion

aun no es perfecta se logra un muy buen nivel de acercamiento en 3 dimensiones al

objeto real como se puede apreciar en la figura 1.8.

Un gran avance de la tecnologıa en el area multimedia, hoy dıa muy demanda, es pre-

sentada con resultados prometedores, si bien no puede ser portada aun por cualquier

persona esto pretende seguir creciendo. Siendo optimistas se podrıa llegar a los telefonos

moviles en un futuro no muy lejano. Otro factor a tener en cuenta es el comercial, los

precios se extenderıan hasta los cielos ya que son impresionantes todas las prestaciones

que puede llegar a brindar y los materiales utilizados para su construccion son de primer

nivel.

Se destaca tambien que hay varios puntos ambiguos en la interpretacion en cuanto a

la buena utilizacion o aplicaciones maliciosas que se le pueden dar como toda nueva

tecnologıa, es decir se podrıa llegar a utilizar para espionage y captura de informacion

de terceros para realizar algun tipo de estafa.

Para el futuro se sugiere lasers integrados de estado solido con nuevos sensores y que

la optica no lineal proporcione imagenes funcionales y mas sensibles. El objetivo de la

recuperacion en 3D de imagenes ocultas es inspirar a investigadores en el diseno de

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Femto-Photography 12

Figura 1.8: Proceso de reconstruccion de un maniqui que se encontraba fuera delalcance visual.

futuros sistemas de imagenes mas rapidas y seguir desarrollando nuevos algoritmos de

reconstruccion de imagenes ocultas.

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Femto-Photography 13

1.6. Conclusiones

”Todos estamos familiarizados con los ecos de sonido, pero tambien podemos explotar

ecos de luz”, Ramesh Raskar.

Con las limitantes prescriptas y conocidas de las camaras convencionales este proyecto

revoluciona totalmente el area de la deteccion y exposicion de imagenes tanto planas

como tridimensionales, realizando un gran aporte en muchos ambitos desde esteticos

hasta medicos.

Explotando las propiedades de la luz se logra adquirir datos de objetos que no se encuen-

tran visibles a simple vista o tal vez se encuentren totalmente oculto, como lo describe el

investigador de cabecera del proyecto es analoga al funcionamiento de un radar, con esta

camara se tiene un abanico de posibles aplicaciones en cuanto a captura de imagenes.

Si bien se encuentra en una fase experimental no se descarta la posibilidad que en un fu-

turo esta investigacion sirva como base para mejorar los principios presentados, para que

se pueda reducir tamanos y tiempos de procesamiento de imagenes y ası poder utilizarlo

como una camara como las que estamos acostumbrados a portar, ya se profesionales o

integrados a los moviles.

Se generan dos grande ramas de desarrollo que ira evolucionando gracias a este primer

punta pie, el software grafico que se encargara de mejorar toda la parte de procesamiento

de datos ası como tambien las demostraciones y el hardware que tiene como desafıo

principal la reduccion de las dimensiones de la camara actual sin que se degraden sus

prestaciones, al contrario si pretende mejorarlas cada vez mas.

Como el sistema aun no cuenta con la caracterıstica de tomar imagenes a color se podrıa

extenderlo como otro desafıo futuro, como una primera idea se podrıa plantear adicionar

otros lasers de colores, esto tiene un sin numeros de implicancias de acuerdo con la forma

que se pretenda integrarla, si se hara por divisiones de tiempo o por longitudes de ondas

ya que luego tienen que ser recombinadas para obtener finalmente el color del punto en

cuestion.

Se esperan que disenos proximos superen las limitante presentadas, se esperan tambien

mejores comprensiones sobre las dispersiones de luz y ası que puedan darse nuevos

modelos fısicos ayudando a mejorar el proceso artıstico, por llamarlo de una manera, de

esta nueva tecnica de adquisicion de imagenes.

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Bibliografıa

[1] Nils Abramson. Light-in-flight recording by holography. In 1980 Los Angeles Tech-

nical Symposium, pages 140–143. International Society for Optics and Photonics,

1980.

[2] Hamamatsu Photonics. Guide to Streak Cameras. http://www.hamamatsu.com/

resources/pdf/sys/e_streakh.pdf, 2008. [Online; accessed 14-Septiembre-2014].

[3] Antonio Sanchez, Alan J Strauss, Roshan L Aggarwal, and Robert E Fahey. Crystal

growth, spectroscopy, and laser characteristics of ti: Al2o3. IEEE J. Quantum

Electron, 24(6):995–1002, 1988.

[4] Andreas Velten, Di Wu, Adrian Jarabo, Belen Masia, Christopher Barsi, Chinma-

ya Joshi, Everett Lawson, Moungi Bawendi, Diego Gutierrez, and Ramesh Ras-

kar. Femto-photography: Capturing and visualizing the propagation of light. ACM

Transactions on Graphics (TOG), 32(4):44, 2013.

[5] GG Goyer and Robert Watson. The laser and its application to meteorology. Bu-

lletin of the American Meteorological Society, 44(9):564, 1963.

[6] James Ring. The laser in astronomy. New Scientist, pages 672–3, 1963.

[7] Don Comis. ARS Study Helps Farmers Make Best Use of Fertilizers. http://www.

ars.usda.gov/is/pr/2010/100609.htm, 2010. [Online; accessed 14-Septiembre-

2014].

[8] PASSC. Planetary and Space Science Centre. http://www.unb.ca/fredericton/

science/research/passc/, 2001. [Online; accessed 14-Septiembre-2014].

[9] ASI. Autonomous Solutions Inc. http://autonomoussolutions.com/

forecast-3d-laser-system/, 2014. [Online; accessed 14-Septiembre-2014].

[10] LBM. Lidar Base Maps. http://www.lidarbasemaps.org/, 2010. [Online; acces-

sed 14-Septiembre-2014].

14

Page 19: Femto-Photographyjeuazarru.com/wp-content/uploads/2014/10/Femto-Cámara.pdf · ciones, de ah sacar criterios para lograr de nir ventajas y desventajas por ultimo quitar un juicio

Bibliography 15

[11] Thomas D Wilkerson, Geary K Schwemmer, and Bruce M Gentry. Lidar profiling

of aerosols, clouds, and winds by doppler and non-doppler methods. In Amos

Conference, Maui, HI,[Online] Oct, 2002.

[12] INO. SHORT-RANGE BIOAEROSOL THREAT DETECTION

SENSOR (SR-BIOSPECTRA). http://www.ino.ca/en/examples/

short-range-bioaerosol-threat-detection-sensor-(sr-biospectra)/,

2010. [Online; accessed 14-Septiembre-2014].

[13] William B Grant. Lidar for atmospheric and hydrospheric studies. OPTICAL

ENGINEERING-NEW YORK-MARCEL DEKKER INCORPORATED-, 50:213–

213, 1995.

[14] Jacqueline Hewett. Doppler lidar gives Olympic sailors the edge). http://optics.

org/article/34878, 2008. [Online; accessed 14-Septiembre-2014].

[15] IfTAS GmbH. Velodyne High Definition LIDARs). http://www.iftas.de/Main/

VelodyneHDL64E, 2013. [Online; accessed 14-Septiembre-2014].

[16] Ahmed Kirmani, Tyler Hutchison, James Davis, and Ramesh Raskar. Looking

around the corner using ultrafast transient imaging. International journal of com-

puter vision, 95(1):13–28, 2011.

[17] CORNAR TEAM. Looking Around Corners using Femto-Photography). http:

//web.media.mit.edu/~raskar/cornar/, 2012. [Online; accessed 14-Septiembre-

2014].

[18] Harold Edgerto. Harold “Doc” Edgerto). http://

edgerton-digital-collections.org/, 2012. [Online; accessed 14-Septiembre-

2014].

[19] Skulls in the Stars. A camera fast enough to watch

light move?). http://skullsinthestars.com/2012/01/04/

a-camera-fast-enough-to-watch-light-move/, 2012. [Online; accessed

14-Septiembre-2014].

[20] Google Careers. Google Self-Driving). http://www.google.com/about/careers/

lifeatgoogle/self-driving-car-test-steve-mahan.html, 2005. [Online; ac-

cessed 14-Septiembre-2014].

[21] Other Freiherr. Femtophotography: A New Step in Medical Imaging?). http:

//boards.medscape.com/forums/?128@@.2a34aed6!comment=1, 2012. [Online;

accessed 17-Septiembre-2014].

Page 20: Femto-Photographyjeuazarru.com/wp-content/uploads/2014/10/Femto-Cámara.pdf · ciones, de ah sacar criterios para lograr de nir ventajas y desventajas por ultimo quitar un juicio

Bibliography 16

[22] Ramesh Raskar Andreas Velten. Recovering three-dimensional shape around a

corner using ultrafast time-of-flight imaging. pages 3–98, 2012.