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Los investigadores han desarrollado un nuevo método que puede producir automáticamente imágenes claras a través de aguas turbias. La nueva tecnología podría ser útil para buscar víctimas ahogadas, documentar artefactos arqueológicos sumergidos y vigilar granjas submarinas.
La obtención de imágenes nítidas bajo el agua es muy difícil porque el agua y las partículas que contiene tienden a dispersar la luz. Pero, como la luz dispersa está parcialmente polarizada, se puede utilizar una cámara sensible a la polarización para suprimir la luz dispersa en las imágenes subacuáticas.
"Nuestro nuevo método supera las limitaciones de las imágenes submarinas polarimétricas tradicionales y sienta las bases para sacar este método del laboratorio y llevarlo al terreno", afirma el director del equipo de investigación, Haofeng Hu, de la Universidad de Tianjin (China). "A diferencia de los métodos anteriores, no es necesario que la imagen incluya una zona de fondo para estimar la luz retrodispersada".
En la revista Optics Express de la Sociedad Óptica (OSA), los investigadores demuestran la capacidad de su método para mejorar el contraste de las imágenes y preservar sus detalles sin introducir un ruido considerable. El nuevo método funciona incluso en aguas turbias densas, tan turbias que es casi imposible ver a través de ellas.
"Nuestro método de obtención de imágenes polarimétricas puede mejorar la calidad de la imagen en diversos medios de dispersión, no solo en el agua turbia", afirma Hu. "Creemos que el principio que utilizamos podría ser extensible a la obtención de imágenes a través de otros medios de dispersión, como la niebla, la bruma y el humo".
Imágenes subacuáticas prácticas
Los métodos tradicionales de obtención de imágenes subacuáticas utilizan el conocimiento previo de la zona de obtención de imágenes o el fondo de una imagen para calcular y eliminar la luz dispersa. Estos métodos tienen una utilidad limitada sobre el terreno porque suelen requerir un procesamiento manual, las imágenes no siempre tienen fondos visibles y la información previa no siempre está disponible.
Para superar estos problemas, los investigadores combinaron una configuración tradicional de imágenes polarizadas con un nuevo algoritmo que encuentra automáticamente los parámetros óptimos para suprimir la luz dispersa. Esto no solo mejora significativamente el contraste de la imagen para lograr una imagen clara, sino que puede utilizarse sin ningún conocimiento previo del área de la imagen y para imágenes con o sin regiones de fondo.
Nuestro método representa una clara mejora que podría permitir la aplicación práctica de las imágenes polarimétricas subacuáticas más allá del entorno subacuático "ideal" que se encuentra en el laboratorio", afirma Hu. "Podría adaptarse a una gran variedad de aplicaciones en las que la visión nítida es fundamental, pero en las que la calidad de la imagen suele ser deficiente debido al agua turbia".
Ver a través del agua turbia
Los investigadores probaron su nueva técnica adquiriendo imágenes en mezclas de líquidos turbios en el laboratorio. Empezaron con un tanque transparente lleno de agua y luego mezclaron diferentes cantidades de leche para imitar un entorno submarino con diferentes turbiedades. Tomaron imágenes de varios objetos fabricados con diversos materiales, como madera, plástico y cerámica.
"Nuestros resultados experimentales demuestran que nuestro método tiene claras ventajas en cuanto a la supresión de la dispersión, la recuperación de los detalles y la reducción del ruido cuando se obtienen imágenes de diferentes objetos en agua con distintas turbiedades", afirma Hu. "Mientras que las regiones de fondo no suelen ser visibles en aguas turbias densas, nuestro método fue capaz de lograr una visión clara en este entorno".
Ahora que el método se ha demostrado en el laboratorio, los investigadores planean probarlo en un entorno subacuático práctico, como el océano. También tienen previsto mejorar las distancias de imagen para que sea más útil en un entorno submarino real.
Fuentes, créditos y referencias:
Hongyuan Wang et al, Automatic
underwater polarization imaging without background region or any prior, Optics Express (2021). DOI: 10.1364/OE.434398
Imágen: Los investigadores utilizaron una configuración tradicional de imágenes de polarización para obtener imágenes de varios objetos sumergidos en el agua turbia. Combinando este sencillo montaje con un nuevo algoritmo se obtuvieron imágenes claras bajo el agua sin necesidad de conocimientos previos ni de una región de fondo. Crédito: Haofeng Hu, Universidad de Tianjin