Jedna z najszybszych kamer na świecie. Pozwala uchwycić to zjawisko

Jak wyjaśniają naukowcy, opisując swój wynalazek z 2011 r., bilion klatek na sekundę to "wystarczająco szybko, aby nagrać w zwolnionym tempie rozbłysk światła pokonujący długość litrowej butelki, odbijający się od nakrętki i powracający do dna butelki".

Andreas Velten, jeden z twórców systemu, adiunkt w Media Lab, nazywa go "najlepszym" rozwiązaniem do nagrywania w zwolnionym tempie: – Nie ma w całym wszechświecie niczego, co wyglądałoby szybko w oczach tej kamery – mówi. Jak żartobliwie ocenia MIT, system ten "sprawia, że światło wydaje się powolne".

System opiera się na nowej technologii zwanej kamerą smugową, zastosowanej w zupełnie nieoczekiwany sposób. Jak wyjaśnia MIT, otwór kamery smugowej to wąska szczelina. Cząsteczki światła – fotony – wpadają do kamery przez szczelinę i przekształcają się w elektrony, które przechodzą przez pole elektryczne, odchylające je w kierunku prostopadłym do szczeliny.

Ponieważ pole elektryczne zmienia się bardzo szybko, odchyla ono elektrony odpowiadające fotonom przybywającym późno bardziej niż te odpowiadające fotonom przybywającym wcześniej.

Obraz generowany przez kamerę jest zatem dwuwymiarowy, ale tylko jeden z wymiarów – odpowiadający kierunkowi szczeliny – jest przestrzenny. Drugim wymiarem, odpowiadającym stopniowi odchylenia, jest czas. Obraz reprezentuje zatem czas przybycia fotonów przechodzących przez jednowymiarowy wycinek przestrzeni.

Aby wyprodukować swoje filmy w super zwolnionym tempie, Velten, Ramesh Raskar i Moungi Bawendi, profesor chemii im. Lestera Wolfe'a na MIT, muszą wielokrotnie przeprowadzać ten sam eksperyment, ​​na przykład przepuszczać impuls światła przez butelkę, nieustannie zmieniając położenie kamery smugowej, aby stopniowo budować dwuwymiarowy obraz.

Synchronizacja kamery i lasera generującego impuls, tak aby czas każdej ekspozycji był taki sam, wymaga baterii zaawansowanego sprzętu optycznego i doskonałej kontroli mechanicznej.

Rozproszenie światła w butelce zajmuje zaledwie nanosekundę – miliardową część sekundy – ale zebranie wszystkich danych niezbędnych do nagrania finalnego filmu zajmuje około godziny. Z tego powodu Raskar nazywa nowy system "najwolniejszą i najszybszą kamerą świata".

Jak wyjaśnia MIT, po godzinie naukowcy gromadzą setki tysięcy zestawów danych, z których każdy przedstawia jednowymiarowe położenie fotonów w funkcji czasu ich przybycia. Badacze opracowali algorytmy, które mogą scalić te surowe dane w zestaw sekwencyjnych dwuwymiarowych obrazów.

Ponieważ ultraszybki system obrazowania wymaga wielu przejść do nagrania wideo, nie może rejestrować zdarzeń, które nie są w pełni powtarzalne. Wszelkie praktyczne zastosowania prawdopodobnie będą obejmować przypadki, w których sposób rozpraszania się światła – lub odbijania się od różnych powierzchni – sam w sobie jest źródłem użytecznych informacji.