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¿Creación de una retina sintética? Objetivo no muy lejano

El mayor desafío actual es obtener píxeles compactos que emulen todas las funcionalidades de la retina, que nos permitan construir retinas sintéticas cada vez más avanzadas.

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retina

Hoy en día estamos bastante habituados a usar cámaras y dispositivos de vídeo. Casi todo el mundo tiene un móvil con el que puede tomar fotos o grabar vídeo con una calidad aceptable. Al mismo tiempo, estamos expuestos a esta tecnología de manera inevitable: por ejemplo, cuando entramos en un aeropuerto o en un centro comercial somos grabados. Aunque no todo el mundo conoce al detalle cómo funciona una cámara, somos conscientes de sus limitaciones. Por ejemplo, evitamos tomar una foto con el sol de cara o activamos el flash para operar con baja iluminación.

En un sistema de visión convencional, las imágenes que vemos están formadas por píxeles. Si nos acercamos mucho al monitor de nuestro ordenador, podemos ver los píxeles, que no son más que puntos pequeños, que se iluminan con un color y una determinada iluminación, para formar una imagen estática. Un secuencia de vídeo es una sucesión de imágenes estáticas (frames) que se reproducen a una velocidad tal que nuestro ojo no perciba ningún tipo de discontinuidad temporal entre frames consecutivos.

Sin embargo, los sistemas biológicos de visión operan de una forma muy distinta a los sistemas artificiales de visión basados en frames, a los que estamos habituados, siendo capaces de ofrecer mejores prestaciones en la mayoría de situaciones y entornos en los que no hay condiciones controladas de iluminación. Por ejemplo, nuestra retina es capaz de operar en condiciones extremas de baja iluminación (podemos ver con la luz de las estrellas). Somos capaces de ver bien en situaciones de mucho contraste, por ejemplo, con el sol de cara.

Además la retina procesa la información antes de transmitirla al cerebro. Es decir, sólo información relevante es transmitida para reducir el consumo de energía y la cantidad de información transmitida. Típicamente esta información relevante es el contraste espacial (bordes y formas de objetos) y el contraste temporal (movimiento y cambios temporales en la escena).

En cuanto a la percepción del color, una cámara convencional utiliza filtros de color (rojo, verde y azul) sobre distintos píxeles. Luego las salidas de los píxeles se combinan para obtener una imagen coloreada. Sin embargo, los humanos no percibimos los colores de esa forma: hay parejas de colores que son mutuamente exclusivas (rojo-verde y azul-amarillo), es decir, no las podemos percibir de forma simultánea.

El auge del desarrollo de los sistemas de visión, junto con un mayor conocimiento del funcionamiento de los sistemas de visión biológicos, hizo que la comunidad científica comentara a principio de los noventa a fabricar sistemas artificiales de visión que emulaban el comportamiento de la retina humana. El Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE) apostó por estos dispositivos bio-inspirados, obteniendo resultados significativos. Por ejemplo, en el IMSE se han diseñado prototipos que permiten detectar el movimiento de objetos a muy alta velocidad (600.000 revoluciones por minuto), con condiciones de iluminación estándar.

Montaje experimental con una retina sintética detectando cambios de color a alta velocidad en el IMSE

Montaje experimental con una retina sintética detectando cambios de color a alta velocidad en el IMSE

Actualmente, en colaboración con la Universidad de Oslo, se están testando sistemas de visión capaces de detectar transiciones entre colores primarios a muy alta velocidad. En paralelo, dentro del grupo de Microelectrónica Analógica y de Señal Mixta del Instituto de Microelectrónica de Sevilla, se están diseñando dispositivos que pueden operar con niveles de iluminación muy dispares, similares a los que puede percibir la retina humana.

Aunque estos dispositivos sintéticos ofrecen buenas prestaciones, aún están lejos de superar a los sistemas de visión convencional en calidad de imagen. Sin embargo, tienen una gran potencial para aplicaciones de robótica, visión artificial o vigilancia. El mayor desafío actual es obtener píxeles compactos que emulen todas las funcionalidades de la retina, que nos permitan construir retinas sintéticas cada vez más avanzadas. ¿Y por qué no? Poder desarrollar algún día sistemas de visión artificial, que incluso puedan ver mejor que nuestros ojos, y que nos permitan prescindir de nuestras gafas…

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