El artículo escrito por integrantes del Laboratorio de Optoelectrónica de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (PUCV), fue publicado en la revista IEEE Transactions on Image Processing de la editorial estadounidense de ingenieros eléctricos y electrónicos, IEEE.
“Diseño de matriz de filtros multiespectrales a través del empaquetado óptimo de esferas” es el título del nuevo artículo publicado en la revista IEEE Transactions on Image Processing, desarrollado por los investigadores asociados a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la PUCV, Dr. Nelson Díaz, Alejandro Alvarado, Felipe Guzmán y Dr. Esteban Vera. Además del profesor de la Universidad de la Frontera, Dr. Pablo Meza.
La revista científica tiene un factor de impacto de 10.6 y se encuentra clasificada según Web Of Science en Q1. Los artículos de la revista se enfocan en temáticas relacionadas al procesamiento digital de imágenes y el procesamiento de señales. Es la primera vez que integrantes del equipo publican en esta revista, lo que es todo un hito para nuestro laboratorio.
Antes de explicar la temática de la investigación, consideramos importante destacar el siguiente ejemplo para poder entender el tópico del empaquetamiento de esferas que los autores utilizan en su artículo:
Imagine una pirámide de naranjas como las que se muestran en la figura 1, las posiciones de las naranjas tienen la disposición óptima, cuya densidad es aproximadamente el 74%, lo que significa que si estuvieran dentro de una una caja de lados iguales ocuparían el 74% del volumen de la caja. En física y química esta disposición óptima se conoce como estructura cúbica centrada en las caras y determina cómo se organizan atómicamente varios elementos de la tabla periódica como muchos gases nobles, el cobre y el oro, entre otros. Para notar la importancia del empaquetamiento de esferas y a modo de dato curioso la medalla Fields del año 2022 fue ganada por la Matemática Ucraniana Maryna Viazovska e involucró resolver el empaquetamiento de esferas en 8 y 24 dimensiones.
| Figura 1. Las naranjas en un supermercado generalmente tienen una distribución conocida como estructura cúbica centrada en las caras o en inglés, face-centered cubic lattice, dicha estructura tiene una densidad óptima de aproximadamente 74%. Muchos elementos atómicos como el cobre, el oro y muchos gases nobles presentan dicha estructura. |
El artículo presenta un nuevo tipo de arreglo de filtros multiespectrales para capturar imágenes espectrales usando una sola captura. Un arreglo multiespectral es una matriz con diferentes filtros ópticos en cada una de las posiciones de la matriz (ver Figura 2 izquierda). Mediante la idea del empaquetamiento óptimo de esferas, el diseño logrado en el artículo (ver Figura 3 derecha) por los integrantes del Laboratorio de Optoelectrónica busca que las posiciones de los filtros espectrales se acerquen lo más posible al óptimo teórico, el 74% mencionado en el ejemplo de las naranjas, dicho límite máximo es ampliamente conocido en la comunidad científica como conjetura de Kepler.
| Figura 2. (Izquierda) La matriz muestra un ejemplo de las posiciones de los filtros obtenidas usando el método diseñado por los investigadores del grupo Optolab, basado en el empaquetamiento de esferas, en donde la cantidad de filtros diferentes es 16. Figura 3 (Derecha) representación de la matriz de filtros espectrales como esferas. Note que los colores corresponden a la longitud de onda del filtro (Fuente: Autores). |
Nelson Díaz, uno de los autores explica de manera muy resumida y simplificada que el artículo “tiene que ver con una nueva generación de cámaras que mejoraría la resolución de la imagen capturada, permitiéndonos capturar mejores fotos”, señala.
Esta novedosa tecnología para el diseño de arreglo de filtros espectrales permitirá el desarrollo de cámaras multi e hiper-espectrales ultra compactas para el sensado remoto desde drones y CubeSats.
Para nuestro laboratorio es muy relevante destacar la labor de nuestros investigadores, que apostaron por este artículo, dedicando tiempo y esfuerzo al estudio de la idea que plantean, logrando ser publicados en una revista ampliamente valorada en el mundo científico. El artículo se encuentra disponible en modalidad de acceso abierto para su lectura, en el siguiente enlace: https://ieeexplore.ieee.org/document/10163979
