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 1747 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 4906 0 Технология
1
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 1823 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 1594 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 1920 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 1626 0 Технология
1
Лазерный интернет: быстрее и еще быстрее
Физики из Университета штата Иллинойс разработали и создали миниатюрный оксидный лазер длиной 850 нм, способный передавать своими импульсами информацию со скоростью 40 гигабит в секунду. Подробности этой разработки опубликованы в журнале IEEE Photonics Technology Letters.  Лазер относится к типу oxide VCSEL, ..
2013-11-8 2600 0 Технология
0
Ученые изобрели технологию сверхскоростного интернета
Израильские ученые из Университета в Тель-Авиве совместно с группой ученых из университета Южной Калифорнии Американского аэрокосмического агентства (NASA) разработали систему суперскоростного соединения интернета в беспроводной сети, сообщает «WordScience.org». Научным сотрудникам удалось осуществить передачу данных со скоростью 2,5 терабит ..
2012-07-5 2210 0 Технология
0
Samsung разогнала технологию Wi-Fi до 5 гигабит в секунду
Южнокорейская корпорация Samsung разработала модификацию 802.11ad технологии Wi-Fi, позволяющую передавать данные на скорости до 4,6 гигабита в секунду, что в пять раз выше максимально возможной в 866 мегабит в секунду на существующих ныне потребительских устройствах. Об этом говорится в сообщении компании. Оборудование Wi-Fi стандарта ..
2014-10-13 1396 0 Технология
2
В США собираются предсказывать стихии с помощью суперкомпьютера
В столице американского штата Вайоминг городе Шайенн открылся крупнейший в мире суперкомпьютер Национального центра атмосферных исследований США National Center for Atmospheric Research. "Этот уникальный суперкомпьютер предназначен для развития наших познаний о планете Земля. Он способен производить всевозможные вычисления ..
2012-10-21 1604 0 Технология
0
500 фильмов в секунду: IBM разработала сверхбыстрый чип для передачи данных
Инженеры компании IBM создали прототип оптического процессора Holey Optochip, который способен передавать до одного терабита данных в секунду. По объему информации это равняется 500 фильмам в высоком качестве или всему интернет-архиву Библиотеки конгресса США. Сверхбыстрый чип был представлен на ежегодной конференции ..
2012-03-11 2156 0 Технология
0
США запустили новые высокоточные атомные часы
Национальный институт стандартов и технологий (NIST) министерства торговли США 3 апреля 2014 года ввел в строй новые атомные часы NIST-F2, которые накапливают ошибку в одну секунду в течение 300 миллионов лет. Согласно сообщению NIST, новые часы заменили ..
2014-04-04 1403 0 Технология
0
Графен оказался идеальным материалом для бронежилетов
Физики в новом баллистическом тесте продемонстрировали высокую ударопрочность графена, а также сравнили его с бронежилетом. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте New Scientist. В новом тесте ученые использовали лазерный импульс, ..
2014-11-30 4043 0 Технология
4
Установлен рекорд скорости передачи данных "по воздуху"
Немецкие инженеры установили рекорд, развернув беспроводную сеть со скоростью передачи данных 40 гигабит в секунду в радиуса километра. Такого результата добились ученые из Института Фраунгофера (FIIS) и Технологического института Карлсруэ (KIT), пишет Gizmag. Достижение сделает высокоскоростной Интернет ..
2013-05-21 2592 0 Технология
1
Ученые предложили антенну из графена
Исследователи из Технологического института Джорджии под руководством директора лаборатории Яна Акуилдиза (Ian Akyildiz) работают над созданием антенны из графена, которая по их расчетам сможет передавать данные со скоростью от 10 до 100 терабит в секунду. В статье, подготовленной ими для опубликования в журнале «Journal of Selected Areas in Communication», ..
2013-03-11 1944 0 Технология
0