Óptica

Universidad de Guadalajara

Campus CUCEI – Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías

Ingeniería Biomédica

Trabajo especializante - Óptica y visión artificial



Óptica

Óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento y las propiedades de la luz, incluyendo su interacción con la materia y la construcción de instrumentos que la usen o la detecten.

Muchosde los fenómenos ópticos pueden ser explicados usando la definición electromagnética de la luz. La cual, sin embargo, es difícil de aplicar en la práctica. Óptica práctica usualmente es hecha mediante modelos simplificados. El más común de estos los modelos, el óptico geométrico, trata a la luz como una colección de rayos que viajan en línea recta, los cuales se curvan cuando pasan a través de ose reflejan en superficies. La óptica física es un modelo más comprensivo de la luz, el cual incluye los efectos de onda tales como la difracción e interferencia, los cuales la óptica geométrica no toma en cuenta. Históricamente hablando, el modelo rectilíneo (rayos) fue desarrollado primero, seguido por el modelo oscilatorio (ondas). Progreso en la teoría electromagnética en el siglo 19 llevó aldescubrimiento de que las ondas de luz en realidad son radiación electromagnética.

Algunos fenómenos dependen en el hecho de que la luz tiene tanto las propiedades de una onda y de una partícula. La explicación de estas requiere de la mecánica cuántica. Cuando consideramos las propiedades de partícula de la luz, esta se modela como una colección de partículas denominada “fotones”. La ópticacuántica se encarga de la aplicación de la mecánica cuántica a sistemas ópticos.

La ciencia óptica es relevante y estudiada en muchas disciplinas relacionadas incluyendo la astronomía, la ingeniería, la fotografía, y la medicina. Aplicaciones prácticas las podemos encontrar en una variedad de tecnologías y objetos de la vida cotidiana, incluyendo espejos, lentes, telescopios, microscopios,láseres y fibra óptica.

Reflexión

La reflexión puede dividirse en 2 tipos: especular y difusa. La reflexión especular, describe el brillo de superficies tales como los espejos, los cuales reflejan la luz en un modo simple y predecible. Esto permite que la producción de imágenes reflejadas puedan ser asociadas con una localización real o virtual en el espacio.

Reflejos difusos habla demateriales no líquidos, opacos, tales como el papel o las rocas. Los reflejos de estas superficies pueden ser descritos solamente estadísticamente. Con una exacta distribución de la luz reflejada dependiendo en la estructura microscópica del material. Muchos reflectores difusos son descritos o pueden ser aproximados por la ley de cosenos de Lambert, la cual describe superficies que tienen una luminanciaigual cuando son vistas de cualquier Angulo. Las superficies brillantes pueden dar ambos tipis de reflexiones.

En la reflexión especular, la dirección del rayo reflejado es determinada por el ángulo que el rayo incidental hace con un vector normal, una línea perpendicular a la superficie en el punto donde el rayo choca. Los rayos incidental y reflejantes y el vector normal quedan en un plano y elángulo entre ellos debe de ser el mismo. A esto se le conoce como la ley de reflexión.

Para espejos planos, la ley de reflexión supone que las imágenes de objetos son verticales y a la misma distancia detrás del espejo tales como los objetos que están frente al espejo. El tamaño de imagen es el mismo al de el tamaño del objeto. La ley también sugiere que las imágenes de espejos estáninvertidas, lo cual nosotros percibimos como una inversión de izquierda a derecha. Las imágenes formadas a partir de los reflejos en dos o más espejos no están invertidas. Los reflectores de esquina retrorreflejan la luz, produciendo rayos reflejados que viajan de vuelta en la dirección en la cual los rayos incidentales vinieron.

Espejos con superficies curvas pueden ser modelados con “ray tracing”...