Una lente de cámara computacional que enfoca todo a la vez

Imaginá tomar una foto donde cada detalle, tanto cercano como lejano, esté perfectamente nítido, desde el pétalo de una flor justo frente a vos hasta los árboles distantes en el horizonte. Durante más de un siglo, los diseñadores de cámaras han soñado con alcanzar ese nivel de claridad.

En un avance que podría transformar la fotografía, la microscopía e incluso las cámaras de smartphones, investigadores de la Universidad Carnegie Mellon desarrollaron un nuevo tipo de lente que puede enfocar toda una escena a la vez, sin importar cuán lejos o cerca estén diferentes partes de la imagen.

El equipo, compuesto por Yingsi Qin, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica y computación, Aswin Sankaranarayanan, profesor de ingeniería eléctrica y computación, y Matthew O'Toole, profesor asociado de ciencias de la computación y robótica, presentó recientemente sus hallazgos en la 2025 International Conference on Computer Vision, donde recibieron un reconocimiento de Mención Honorífica al Mejor Artículo.

Las lentes de cámara tradicionales solo pueden enfocar una capa plana de una escena a la vez. Cualquier cosa delante o detrás de esa capa se vuelve borrosa. Reducir la apertura puede ayudar, pero también oscurece la imagen e introduce nuevos tipos de borrosidad óptica causados por la difracción.

"Nos preguntamos: '¿Qué pasaría si una lente no tuviera que enfocarse solo en un plano?" dice Qin. "¿Qué pasaría si pudiera ajustar su enfoque para coincidir con la forma del mundo frente a ella?"

Los investigadores desarrollaron una "lente computacional", una combinación de óptica y algoritmos que puede ajustar su enfoque de manera diferente para cada parte de una escena. El sistema se basa en un diseño conocido como lente Lohmann, que utiliza dos lentes cúbicas curvas que se desplazan entre sí para ajustar el enfoque. Al combinar este sistema con un modulador de luz espacial, un dispositivo que controla cómo se dobla la luz en cada píxel, los investigadores lograron que diferentes partes de la imagen se enfocaran a diferentes profundidades simultáneamente.

El sistema utiliza dos métodos de enfoque automático. El primero es el enfoque automático por detección de contraste (CDAF), que divide la imagen en regiones llamadas superpíxeles. Cada región encuentra de manera independiente la configuración de enfoque que maximiza su nitidez. El segundo es el enfoque automático por detección de fase (PDAF), que utiliza un sensor de doble píxel para detectar no solo si algo está enfocado, sino también en qué dirección ajustar. Esto lo hace más rápido y mejor adaptado a escenas en movimiento; el equipo logró 21 cuadros por segundo con su sensor modificado.

"Juntos, permiten que la cámara decida qué partes de la imagen deben estar nítidas, esencialmente dando a cada píxel su propia lente pequeña y ajustable", explica O'Toole.

Más allá de su evidente atractivo para los fotógrafos, la tecnología podría tener aplicaciones amplias. Los microscopios podrían capturar cada capa de una muestra biológica en foco a la vez. Los vehículos autónomos podrían ver su entorno con una claridad sin precedentes. Incluso los sistemas de realidad aumentada y realidad virtual podrían beneficiarse, utilizando ópticas similares para crear una percepción de profundidad más realista.

"Nuestro sistema representa una nueva categoría de diseño óptico", dice Sankaranarayanan, "una que podría cambiar fundamentalmente cómo las cámaras ven el mundo".

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