Архивы публикаций
Август 2024 (2)
Июнь 2024 (1)
Май 2024 (1)
Апрель 2024 (1)
Февраль 2024 (1)
Октябрь 2023 (1)
10 Jan 2019, 11:55Общество

Команда ученых из США разработала камеру, способную визуализировать движение света

Команда ученых из США разработала камеру, способную визуализировать движение света

Нет, на заставке «обычные» 960 фпс. А вот здесь пролет вспышки света (слева на право) через бутылку на 1,000,00,000,000фпс. На этом кадре пучок фотонов уже достиг горлышка:

Команда ученых из США разработала камеру, способную визуализировать движение света

А здесь все видео, за время одного кадра свет пролетает меньше 0.5 мм, всю бутылку — за 1 наносекунду:



Оборудование захватывает изображения со скоростью примерно триллион кадров в секунду — это в 35 миллиардов раз быстрее, чем нормальная телевизионная камера.

Прямая запись света на такой скорости невозможна, поэтому чтобы воссоздать каждое изображение камера делает миллионы повторных сканирований. Процесс был назван фемтосъемкой и подробно описан на веб-сайте Media Lab Массачусетского технологического института.

Сканирование по строкам

Для новой методики ученые адаптировали «полосовую электронную лампу» (streak tube) — оборудование, используемое для измерения световых импульсов. Она работает аналогично тому, как изображения создаются на традиционных телевизионных электронно-лучевых трубках, раз за разом сканируя одну тонкую горизонтальную линию за другой.

Поскольку каждое изображение эквивалентно только одной строке сканирования на телевизоре, для создания одного кадра нужно было сделать несколько сотен сканирований. Ученые сделали это, повторяя каждый снимок, поворачивая изображение камеры зеркалами, чтобы записать другую линию сканирования объекта.

В результате, метод подходит только для захвата события, которое может быть воссоздано точно так же несколько раз.

Лазерная подсветка

Чтобы создать движущееся изображение для освещения сцены использовался лазерный импульс, который мигал каждые 13 миллиардных долей секунды. Эти импульсы вызывали сработывание streak tube, которая поймала отраженный от обьекта свет.

Лазер и камера были тщательно синхронизированы, чтобы гарантировать, что импульсы были одинаковым. Когда линии сканирования были сшиты вместе, получалось ка будто они были сняты одновременно.

Анализ света

Потребовалось около часа, чтобы сделать достаточное количество снимков для окончательного видео запечатлевшего пикосекудное событие. Один из участников эксперимента назвал это оборудование «самой медленной и одновременно самой быстрой камерой в мире».

Затем использовалось программное обеспечение для преобразования всех изображений в фильмы продолжительностью около 480 кадров.

На одном видео импульс света длиной менее миллиметра проходил через бутылку безалкогольного напитка со скоростью полмиллиметра в кадр (см. выше)

Другое показывало дифракцию световых волн различной длины на поверхности помидора и стола, на котором он лежал:

Команда ученых из США разработала камеру, способную визуализировать движение света



Ученые из Массачусетского технологического института утверждают, что в дополнение к раскрытию новых способов видения мира этот процесс может иметь практическое применение. «Приложения включают в себя промышленную визуализацию для анализа дефектов и свойств материалов, научную визуализацию для понимания сверхбыстрых процессов и медицинскую визуализацию для реконструкции подповерхностных элементов, то есть» ультразвука со светом «, — говорится на их веб-сайте.

* * *