Moteado dinámico

En física , el moteado dinámico es el resultado de la evolución temporal de un patrón de moteado, donde las variaciones en los elementos dispersores responsables de la formación del patrón de interferencia en la situación estática producen los cambios que se observan en el patrón de moteado, donde sus granos cambian su intensidad (nivel de gris) y su forma con el tiempo. Un ejemplo fácil de observar es la leche: coloque un poco de leche en una cucharilla y observe la superficie bajo la luz solar directa. Habrá un patrón visible de puntos de color que parecen "bailar". Donde la leche se seca en el borde de la cuchara, el moteado se ve estático. Esto es evidencia directa del movimiento térmico de los átomos, que causa el movimiento browniano de las partículas coloidales en la leche, lo que a su vez produce el moteado dinámico visible a simple vista.

Historial temporal de los patrones de moteado de galletas con alta (izquierda) y baja (derecha) actividad molecular.

El patrón dinámico muestra entonces los cambios que, al analizarse a lo largo del tiempo, representan la actividad del material iluminado. El efecto visual es similar al de un líquido hirviendo o a la imagen de un televisor sin sintonizar.

Puede analizarse mediante varias herramientas matemáticas y estadísticas y proporcionar información numérica o visual sobre su magnitud, la idea no bien definida de actividad. Debido a que el número de centros de dispersión es muy alto, el fenómeno colectivo es difícil de interpretar y sus contribuciones individuales al resultado final no pueden inferirse. Las mediciones que se obtienen mediante las herramientas de análisis presentan el nivel de actividad como una suma de las contribuciones de fenómenos debidos al efecto Doppler de la luz dispersada, así como otros fenómenos que eventualmente estén presentes (variaciones temporales del índice de refracción de la muestra, etc.). La luz dispersada con pequeños desplazamientos Doppler en su frecuencia pulsa en el detector (eventualmente el ojo) dando lugar a las lentas variaciones de intensidad que constituyen la dinámica del patrón de moteado.

Una muestra biológica, por ejemplo, que es un material que contiene una gran cantidad de centros de dispersión móviles, presenta variaciones en el índice de refracción de los materiales que la componen, con cambios de potencia y muchos otros efectos que aumentan la complejidad en la identificación y el aislamiento de estos fenómenos. Por lo tanto, la interpretación completa de la actividad de una muestra, mediante el moteado dinámico, plantea grandes desafíos. ^{[ 1 ]}

La Figura 1 muestra una secuencia de patrones de moteado en una semilla de maíz al inicio de su germinación , donde el efecto dinámico es mayor en las áreas donde se espera que los centros de dispersión sean más activos, como es el caso del embrión y en una grieta en la región del endospermo de la semilla. El embrión se encuentra en la parte inferior izquierda y la grieta es una región con forma de río en el centro. En la grieta, la actividad se debe a la intensa evaporación interna del agua, mientras que en el embrión la actividad es mayor debido al metabolismo del tejido vivo junto con la actividad causada por la evaporación del agua. En el endospermo, la región superior derecha de la imagen representa que la actividad relativamente baja se debe únicamente a la evaporación del agua.

El tejido biológico es uno de los más complejos que se pueden encontrar en la naturaleza. Además, la variabilidad intrínseca presente entre una muestra y otra agrava aún más esta complejidad. Estos hechos dificultan aún más la comparación de resultados entre diferentes muestras, incluso en presencia del mismo estímulo. En este contexto, los patrones de moteado se han aplicado al estudio de bacterias, ^{[ 2 ] [ 3 ]} parásitos, semillas y plantas. ^{[ 4 ]}

Otros campos de aplicación son el análisis de pintura secante, ^{[ 5 ]} control en geles, ^{[ 6 ]} espumas , corrosión , eflorescencia , etc.

Se han propuesto varias herramientas matemáticas y estadísticas para la caracterización de la actividad de un patrón de moteado dinámico. Algunas de ellas son:

Momento de inercia de la matriz de coocurrencia (MOC) ^{[ 7 ]}

${\displaystyle MI=\sum {MOC(i,j)*(ij)^{2}}\,\!}$

Fujii ^{[ 8 ]}

${\displaystyle Fujii(x,y)=\sum _{k=1}^{N}{\frac {I_{k}(x,y)-I_{k+1}(x,y)}{I_{k}(x,y)+I_{k+1}(x,y)}}\,\!}$

Diferencias generalizadas ^{[ 9 ]}

${\displaystyle DG(x,y)=\sum _{k}\sum _{l}{|I_{k}(x,y)-I_{k+l}(x,y)|}\,\!}$

Diferencia temporal ^{[ 10 ]}

${\displaystyle D(k)=\sum _ {m=1}^{M}\sum _ {n=1}^{N}{E(m,n,k+1)-E(m,n,k)}\,\!}$

Estos y otros métodos se encuentran recopilados en la biblioteca de herramientas láser Biospeckle .

• Imágenes de moteado
• Ruido de moteado

^{[ 1 ]}