Procesamiento opto-digital empleando patrones de Speckle y vórtices ópticos

Abstract

En los últimos años, se han reportado aplicaciones de metrología con vórtices ópticos o singularidades de fase para la detección de desplazamientos con precisiones nanométricas. Los vórtices sirven para identificar puntos bien definidos del campo, los cuales corresponden a lugares donde la amplitud es cero y la fase no está definida. Las singularidades imprimen marcas únicas y pueden identificarse unívocamente por las propiedades del núcleo sirviendo como una huella digital del campo. Esto permite rastrear el movimiento de cada singularidad y caracterizar procesos dinámicos de origen biológicos o industriales. Las singularidades no son posible detectarlas en patrones de intensidad, por ese motivo en nuestra propuesta las singularidades seran encontradas en los campos de valores complejos sintetizados a partir de las distribuciones de intensidad obtenidos al emplear la transformada de Laguerre Gauss. En primera instancia evaluamos la posibilidad de emplear las singularidades de fase, como descriptores para estudiar el proceso de secado de pinturas empleando Historias Temporales de los Diagramas de Speckle (HTDS). Hemos encontrado que existe una relación entre la cantidad de vórtices presentes en las HTDS (densidad de vórtices) y la evolución temporal del secado. Se determino que las medidas son afectadas por vórtices inestables, por ese motivo se propuso el empleo de la esfera de Poincaré para filtrar los vórtices inestables que afectan las medidas de secado. Esta misma idea se utilizó para estudiar la intensidad de la turbulencia atmosférica. Se analizaron los vórtices en la propagación de imágenes a través de la turbulencia atmosférica en condiciones controladas de laboratorio. Se encontró que la densidad de vórtices se correlaciona con la intensidad de la turbulencia, permitiendo su cuantificación. Por otra parte, se identificaron y rastrearon las singularidades en imágenes ecocardiográficas durante el ciclo cardiaco con el objetivo de medir el movimiento miocárdico. Se implemento la técnica de speckle tracking para comparar los resultados con aquellos que surgen de la técnica mencionada. De igual manera, se realizó el rastreo de objetos 3D en videos holográficos de solo fase de Fresnel, permitiendo obtener la trayectoria del objeto sin la necesidad de reconstruir el holograma. En los casos anteriores el rastreo estuvo limitado por la decorrelación que afectaba el seguimiento de los vórtices a o largo del ciclo cardiaco y de los videos holográficos Por eso motivo se evaluó la posibilidad de utilizar una transformad de Laguerre Gauss de núcleo elíptico en lugar de la usual de núcleo circular y se analizo la posibilidad de rastrear los vórtices usando la distancia euclídea y la distancia en la esfera de Poincaré. Los resultados obtenidos con la propuesta antes mencionada se analizó empleando el algoritmo Demon. Los resultados obtenidos, muestran que los vórtices son una herramienta potencialmente útil, en diferentes aplicaciones dinámicas.