Imagen por radio en tiempo real: Detección de objetos ocultos y de alta velocidad a distancia

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 imagen en tiempo real alrededor de esquinas y a través de paredes, así como seguimiento de objetos en movimiento rápido como desechos espaciales de tamaño milimétrico volando a 20,000 millas por hora —todo desde distancias de seguridad.

El método de imagen 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 multi-sitio usualmente tiene un transmisor y varios receptores que reciben ecos y los triangulan para localizar un objeto. El nuevo método —llamado m-Widar— usa múltiples transmisores y un receptor.

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

La técnica básica es una forma de imagen computacional conocida como renderizado transitorio, que existe como herramienta de reconstrucción de imagen desde 2008. La idea es usar una pequeña muestra de mediciones de señal para reconstruir imágenes basadas en patrones aleatorios y correlaciones. La técnica se ha usado previamente en codificación de comunicaciones y gestión de redes, aprendizaje automático y algunas formas avanzadas de imagen.

Lea una P&R con el Investigador

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

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

Las antenas transmisoras operaron a frecuencias de 200 megahercios a 10 gigahercios, aproximadamente la mitad superior del espectro de radio, que incluye microondas. El receptor consistía en dos antenas conectadas a un digitalizador de señal. Los datos digitalizados se transfirieron a una computadora portátil y se subieron a la unidad de procesamiento gráfico para reconstruir las imágenes. El equipo usó el método para reconstruir una escena con 1.5 mil millones de muestras por segundo, una tasa de frames de imagen correspondiente de 366 kilohercios (frames por segundo). En comparación, esto es unas 100 a 1,000 veces más frames por segundo que una cámara de video de celular.

Con 12 antenas, el sistema generó imágenes de 4096 píxeles con resolución de unos 10 centímetros en una escena de 10 metros. Esta resolución de imagen puede ser útil cuando la sensibilidad o privacidad es una preocupación. La resolución podría mejorarse actualizando el sistema usando tecnología existente incluyendo más antenas transmisoras y generadores de señal aleatoria y digitalizadores más rápidos. En el futuro, las imágenes podrían mejorarse usando entrelazamiento cuántico, en el que las propiedades de señales de radio individuales se volverían interconectadas.

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