Señales de radio Imagen de objetos ocultos y veloces

Los investigadores han desarrollado un método para usar señales de radio para crear imágenes y videos en tiempo real de objetos ocultos y en movimiento. El sistema permite imágenes en tiempo real alrededor de las esquinas y a través de las paredes, así como el seguimiento de objetos que se mueven rápidamente, como desechos espaciales de tamaño milimétrico que vuelan a 20 000 millas por hora, todo desde distancias de separación.

El método de imágenes es una variación del radar, que envía un pulso electromagnético, espera los reflejos y mide el tiempo de ida y vuelta para determinar la distancia a un objetivo. El radar multisitio suele tener un transmisor y varios receptores que reciben ecos y los triangulan para localizar un objeto. El nuevo método, llamado m-Widar, utiliza múltiples transmisores y un receptor.

El equipo demostró la técnica en una cámara anecoica (sin eco), creando imágenes de una escena en 3D que involucra a una persona que se mueve detrás de un panel de yeso. La potencia del transmisor era equivalente a 12 teléfonos celulares enviando señales simultáneamente para crear imágenes del objetivo desde una distancia de unos 10 metros (30 pies) a través del tablero. El sistema actual tiene un alcance potencial de hasta varios kilómetros. Con algunas mejoras, el alcance podría ser mucho mayor, limitado únicamente por la potencia del transmisor y la sensibilidad del receptor.

La técnica básica es una forma de imagen computacional conocida como representación transitoria, que existe como una herramienta de reconstrucción de imágenes desde 2008. La idea es usar una pequeña muestra de mediciones de señales para reconstruir imágenes basadas en patrones aleatorios y correlaciones. La técnica se ha utilizado anteriormente en la codificación de comunicaciones y la gestión de redes, el aprendizaje automático y algunas formas avanzadas de creación de imágenes.

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Fabio da Silva habla con Tech Briefs sobre m-Widar.

La nueva técnica combina técnicas de modelado y procesamiento de señales de otros campos para crear una nueva fórmula matemática para reconstruir imágenes. Cada transmisor emite diferentes patrones de pulsos simultáneamente en un tipo específico de secuencia aleatoria que interfiere en el espacio y el tiempo con los pulsos de los otros transmisores y produce suficiente información para construir una imagen.

Las antenas transmisoras operaban en frecuencias de 200 megahercios a 10 gigahercios, aproximadamente la mitad superior del espectro de radio, que incluye microondas. El receptor constaba de dos antenas conectadas a un digitalizador de señales. Los datos digitalizados se transfirieron a una computadora portátil y se cargaron en la unidad de procesamiento de gráficos para reconstruir las imágenes. El equipo usó el método para reconstruir una escena con 1.500 millones de muestras por segundo, una velocidad de cuadro de imagen correspondiente de 366 kilohercios (cuadros por segundo). En comparación, esto es entre 100 y 1000 veces más cuadros por segundo que la cámara de video de un teléfono celular.

Con 12 antenas, el sistema generó imágenes de 4096 píxeles con una resolución de unos 10 centímetros en una escena de 10 metros. Esta resolución de imagen puede ser útil cuando la sensibilidad o la privacidad son una preocupación. La resolución podría mejorarse actualizando el sistema utilizando la tecnología existente, incluidas más antenas de transmisión y generadores y digitalizadores de señales aleatorias más rápidos. En el futuro, las imágenes podrían mejorarse mediante el entrelazamiento cuántico, en el que las propiedades de las señales de radio individuales se interconectarían.

La nueva técnica de imágenes también podría adaptarse para transmitir luz visible en lugar de señales de radio (los láseres ultrarrápidos podrían aumentar la resolución de la imagen pero perderían la capacidad de penetrar paredes) u ondas de sonido utilizadas para aplicaciones de imágenes de ultrasonido y sonar. Además de generar imágenes de condiciones de emergencia y desechos espaciales, el nuevo método también podría usarse para medir la velocidad de las ondas de choque, una métrica clave para evaluar explosivos, y para monitorear signos vitales como la frecuencia cardíaca y la respiración.