Создана видеокамера, записывающая триллион кадров в секунду

"Во Вселенной нет ничего, что было бы слишком быстрым для этой камеры", - скромно заявляет потсдок Андреас Фельтен (Andreas Velten), один из авторов новой разработки.

Действительно в видеоролике ниже для примера показано, как камера регистрирует продвижение светового луча по литровой бутылке из-под газировки. В реальности этот процесс занимает около наносекунды. В замедленной съёмке мгновение можно растянуть на минуту.

Созданная учёными из MIT система называется Femto Photography, так как для освещения объектов съёмки используется фемтосекундный (10-15 c) титан-сапфировый лазер, который испускает импульсы через каждые 13 наносекунд (10-9 c).

Основой системы является электронно-оптическая камера, которая была создана для регистрации изменений интенсивности световых импульсов во времени. Отверстие в этой камере представляет собой тонкую щель. Лазерные импульсы (если точнее фотоны), отражаясь от предметов, попадают в щель, внутри они попадают в электрическое поле, которое направляет их на пикосекундные детекторы камеры. Последних около 500.

Электрическое поле меняется очень быстро, из-за этого камера имеет возможность отделить фотоны, которые попали в камеру раньше, от тех, что "пришли" позже. В результате "изображение" получается двумерным. Но только одно из измерений при этом пространственное. Вторым является время, которое определяется углом отклонения фотонов.

У "щелевой камеры" хороший угол обзора, но по вертикали "развёртка" камеры, по понятным причинам, невелика. Из-за этого при каждом пробеге импульса учёные получают "видеоролик", показывающий лишь часть объекта съёмки ("одномерный" ролик). Затем при помощи системы зеркал "взгляд" камеры поворачивается и делается новое видео, итак снова и снова. Все действия системы жёстко связаны, чтобы специальный алгоритм затем мог сшить полученные "фильмы" в один.

Один двумерный видеоролик Femto Photography монтируется из 480 кадров, каждый из которых экспонируется в течение 1,71 пикосекунды (аналог времени экспонирования в обычной камере) и имеет разрешение 500 на 600 пикселей. Чтобы получить конечное видео, демонстрирующее пробег импульса длительностью всего в наносекунду, требуется час съёмки. Из-за этого Рамеш Рашкар (Ramesh Raskar), глава MIT Media Lab, в которой была создана система, в шутку называет новое изобретение "самая медленная самая быстрая камера в мире".

Отметим для сравнения, что современные высокоскоростные камеры (используемые в науке и киноиндустрии) могут снимать несколько миллионов кадров в секунду. Они, как правило, работают так же, как и обычные потребительские цифровые камеры (чувствительная матрица ловит сигнал, приходящий от линз, конвертирует его в цифровой и записывает на диск). Однако их "способности" ограничены временем, необходимым для прохождения электрического сигнала по проводам в чипы (порядка 500 пикосекунд). Так как электронно-оптическая камера не нуждается в электронике для непосредственной записи падающего света, она действует быстрее.

Впрочем, и Femto Photography при всей своей скорости не может похвастаться идеальными характеристиками. Ведь для того чтобы записать видео, учёным необходимо долго снимать неподвижный объект (или повторяющееся действие). Это ограничивает области возможного практического применения системы.

Так, Femto Photography, вероятно, пригодится в изучении структуры новых материалов или биологических тканей ("ультразвуковое исследование светом", сравнивает Рашкар). Ещё один вариант – продвинутая вспышка для фотокамер. "Предел мечтаний - научить обычную камеру создавать иллюзию студийного света. Наша ультраскоростная съёмка позволяет проанализировать движение фотонов. Это означает, что затем мы можем создать фотографию, на которой фотоны как бы начали своё движение в другом месте", - говорит Рамеш.

Очень подробно о принципе работы новой камеры рассказывает статья учёных. В видеоролике ниже создатели кратко рассказывают о своём изобретении, далее показано освещение фемтосекундным лазером самых разных объектов.

Отметим, что ранее команда Раскара создала камеру, которая может снимать то, что происходит за углом, и камеру, способную наводить резкость фотографии уже после съёмки кадра. Лаборатории MIT Media Lab также принадлежит много других интересных технических решений.

Источник: vesti.ru

Похожие новости:
Разработана революционная технология создания объективов
Миниатюризация электроники дошла до таких масштабов, что сейчас качественные камеры встраивают в каждый смартфон. До недавнего времени главным сдерживающим фактором дальнейшего уменьшения фотоаппаратуры в размерах являлся объектив – часть камеры, через которую свет фокусируется на датчике ..
2012-08-29 1528 0 Технология
0
Wi-Fi роутеры позволяют любому смотреть сквозь стены
Учёные из Университетского колледжа Лондона (University College in London) придумали новый способ использования обыкновенного Wi-Fi роутера. Они разработали устройство, позволяющее с его помощью фиксировать движение за сплошной стеной. Принцип работы такого "радара" основан на так называемом эффекте Доплера: когда ..
2012-08-8 3920 0 Технология
1
Японцы сумели ускорить CMOS-матрицы
Исследователи из японского Университета Тохоку нашли способ сделать CMOS-матрицы видеокамер пригодными для высокоскоростной съемки. Свою разработку, как сообщает IEEE Spectrum, исследователи представили на конференции IEDM в Сан-Франциско в начале декабря. Суть новой технологии заключается в выделении для каждого ..
2016-12-21 4461 0 Технология
0
Фотоаппарат Canon EOS 1300D станет преемником Canon EOS 1200D
Имея в руках фотоаппарат или видеокамеру всегда можно быть уверенными, что самые замечательные моменты в жизни не только навсегда запечатлятся в памяти, но и останутся на память потомкам. Фотоаппарат остановит прекрасное мгновенье, видеокамера - снимет любое событие в мельчайших подробностях, экшн-камера ..
2016-03-13 1052 0 Технология
-1
Американец создал уникальную камеру
Прибор, разработанный американским студентом Мэттом Ричардсоном более всего похож на обычный фотоаппарат, но вместо снимка он выдает бумагу с текстом.Камера нового типа была создана студентом нью-йоркского университета Мэттом Ричардсоном. Пока изготовители фототехники гоняются за количество ..
2012-04-27 1726 0 Технология
0
В Японии начинается тестовое вещание с разрешением 8k
Еще недавно под «телевидением сверхвысокой четкости» подразумевалось только HDTV, но прогресс не стоит на месте, и разрешающая способность современных экранов превосходит все ожидания. Некоторым до сих пор трудно поверить в то, что разрешение экрана современного телефона иной раз выше, чем у огромного телевизора, купленного десять лет назад. ..
2014-01-25 1305 0 Технология
0
Ученые создали сверхбыстрого микроробота
Этот бытовой вредитель является идеальной моделью для создания миниатюрных роботов, имеющих ноги. Вот почему ученые из Университета Калифорнии, Беркли, изучали шестиногих вредителей, чтобы улучшить свои разработки микророботов. Робот-таракан VelociRoACH состоит в основном из картона и имеет ..
2013-01-15 1537 0 Технология
0
Скорость Wi-Fi увеличится в два раза
Новый стандарт Wi-Fi побьет все предыдущие рекорды скорости благодаря Wi-Fi Alliance. Усовершенствованная технология 802.11ac позволяет передавать данные со скоростью вдвое выше в сравнении с текущей версией 802.11n. По заявлению специалистов, максимальная скорость работы этого соединения ..
2013-06-25 1331 0 Технология
0
Водолазы ЧФ России осваивают новое оборудование
Установка для прямой телетрансляции с морского дна, робот-помощник, подающий инструменты на глубине в сотни метров и цветная видеокамера для контроля за подводной работой. Всё это - новое оборудование, которое осваивают водолазы Черноморского флота России.Водолазное судно Черноморского флота России выходит на задание. ..
2012-05-2 1535 0 Технология
0
В Цюрихе изобрели скоростные квадрокоптеры
На видео квадрокоптеры, привязанные к столбу веревкой, выполняют то, что называется «кооперативная акробатика». Как заметил Эван Акерман, наблюдавший за  квадрокоптерами, движущимися кругами, что они делают это не скучно. Головокружительно, но не скучно. В квадрокоптерах тщательно отслеживается система захвата движений. Акерман сказал, что они достигают ..
2015-05-12 1516 0 Технология
0
Иттербиевые атомные часы поставили рекорд стабильности
В Национальном институте стандартов и технологий (NIST) в США хранятся самые стабильные в мире часы. Они измеряют время благодаря колебаниям атомов иттербия, которые выполняют роль своеобразного маятника или метронома. Точность их настолько высока, что если бы часы завели в момент Большого ..
2013-08-25 1433 0 Технология
0
Ericsson передала данные со скоростью 5 гигабит в секунду через сеть 5G
Компания Ericsson продемонстрировала передачу данных со скорость 5 гигабит в секунду через сотовую сеть 5G. Об этом говорится в сообщении компании. Передача данных проводилась в Швеции, использовался частотный диапазон 15 гигагерц. В демонстрации принимали участие представители японского оператора NTTDOCOMO и южнокорейского ..
2014-07-02 1629 0 Технология
0
Ученые создали изогнутый искусственный глаз
Команда европейских ученых, работающих в Федеральной политехнической школе Лозанны (EPFL) в Швейцарии, создала искусственный глаз со сложной структурой наподобие глаза насекомого, как плодовой мушки. В своей работе, опубликованной в трудах Национальной академии наук, команда дает описание, ..
2013-05-23 1557 0 Технология
1
Итальянские ученые создали полимерную сетчатку глаза
Итальянские ученые разработали полимерный оптоэлектронный имплантат, способный восстанавливать светочувствительность у слепых крыс. Как отмечается в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics, исследования показали возможность создания в дальнейшем глазных имплантатов из органических материалов. Краткое содержание статьи доступно на сайте Natureasia. В ходе ..
2013-03-18 1541 0 Технология
0
Создано оптоволокно с пропускной способностью до 255 терабит в секунду
Ученые из Нидерландов, США и Китая создали новое волокно, способное пропускать информацию со скоростью до 255 терабит в секунду. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Photonics. Пропускная способность нового материала в 21 раз выше лучших современных кабелей, для которых она достигает семи-восьми ..
2014-10-28 1320 0 Технология
1