Редактор Geektimes
887,0
рейтинг
5 декабря 2014 в 14:16

Новая скоростная камера способна фиксировать 100 млрд кадров в секунду



Группа ученых из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (WUSTL) создала, пожалуй, одну из самых быстрых камер в мире. Система способна делать 100 миллиардов снимков в секунду. А это означает, что на снимке можно зафиксировать даже луч света «в полете». То, что изображено на анонсной фотографии — отраженный от зеркала свет.

Самая быстрая камера, существовавшая до создания новой системы, могла фиксировать около 10 миллионов кадров в секунду. Возможности системы были ограничены узким местом — быстродействием накопителя, скоростью чтения/записи.



Теперь человек впервые видит световой импульс «в полете». Во всяком случае, так утверждает руководитель исследовательской группы Лихонг Ванг (Lihong Wang). Ученый надеется на то, что достижение его команды поможет достичь новых высот в науке, сделать новые, важные открытия.

Сама система довольно сложная, здесь большое количество оптических систем и электронных компонентов.

100bnfps2.jpg

Центральным элементом системы является микрозеркальное цифровое устройство (DMD), которое вмещает более миллиона микроскопических зеркал, каждое размером меньше 7 микрон. Размеры DMD сравнимы с размером небольшой монетки. Пучок света передается линзами через длинную трубку на это микрозеркальное устройство, которое кодирует изображение, отражая луч света в светоделитель, после чего фотоны попадают в прорезь камеры. Уже здесь фотоны преобразуются в электроны, разделяясь двумя электродами. Напряжение на электродах возрастает, так что электроны попадают на разные позиции в разное время.

Затем данные передаются на устройство с зарядовой связью, для передачи на ПК. Компьютер анализирует полученную информацию, и на выходе ученые получают изображения. Время цикла — всего 5 наносекунд.

Авторы изобретения утверждают, что область применения их открытия очень широка. Например, систему можно использовать для получения изображения флуоресцентных протеинов (для наглядной демонстрации протекания химико-биологических реакций).

Также открытие можно использовать и в астрономии, для обработки изображений, получаемых орбитальными телескопами.

Автореферат исследования можно найти здесь, есть и видео, которое, к сожалению, нельзя вставить на Geektimes.
marks @marks
карма
170,7
рейтинг 887,0
Редактор Geektimes
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (14)

  • +4
    Уже был триллион кадров в секунду
    • 0
      Действительно, подкорректировал. Спасибо.
  • +3
    • +1
      Там своя особенность, ее не получится использовать для регистрации событий испускающих фотоны, только внешнее освещение (хотя, я думаю в некоторых случаях можно выкрутиться, но не в ущерб для исследуемого объекта), потому что вместо записи одного события, проводится тысячи вспышек света, а регистрация отраженных фотонов с с небольшим сдвигом во времени позволяет собрать видеоролик, как будто это было одно событие.
  • +3
    Нобелевка по химии в 1999 была присуждена за использование фемтосекундной камеры, если я ничего не путаю.
  • 0
    Время цикла — всего 5 наносекунд.

    Интересно, о каком цикле речь. И куда они сохраняют данные с такой частотой.
  • +4
    В прошлый раз подобная камера (та, про которую чуть выше написали, «триллион кадров в секунду») на самом деле снимала движение света за много итераций.

    А как в этой реализации, это «честные» 100 млрд fps или снова обман?
    • 0
      Судя по последнему видео в первоисточнике, похоже это именно честные 100 млрд. fps — показано протекание процесса флуоресценции.
    • +1
      Но область применения такой камеры, похоже, ограничена только съемкой лазерных лучей в специальных условиях.
  • +1
    В оригинале статьи не Вашингтонский университет (UW), а университет Вашингтона в Сент-Луисе (WUSTL).
    • 0
      Спасибо, исправлено.
  • 0
    Судя по тексту статьи, в камере используется электронно-оптический преобразователь, скорее всего — для усиления света. Ведь получается, что экспозиция каждого кадра составляет 1e-10 секунд, по сравнению с традиционным для ПЗС-матриц временем экспозиции порядка 1e-2 секунд. Фактически — в 100 миллионов раз меньше.

    Тут явно нужен мощный «прибор ночного видения»! Интересно было бы прикинуть, сколько фотонов попадет в среднем в каждый кадр, если съемка такой камерой ведется в привычных человеку условиях освещенности.
    • 0
      Правильно ли я понимаю, что если пучок запускался бы в вакууме, то его нельзя было бы зафиксировать?
      • 0
        Вероятно, можно подобрать такую конфигурацию пучка, которая давала бы «утечку» света в направлении камеры по мере его распространения и тем самым позволила бы зафиксировать его прохождение.

        Ну а так, лазерный луч в вакууме ведь не видно сбоку, даже с обычной частотой кадров. Видно только его диффузное отражение от объектов или рассеяние средой распространения.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.