DRUM攝像機利用數字微鏡器件以近500萬幀/秒的速度拍攝圖像
一般來說,如果想捕捉瘋狂快速運動的清晰圖像,例如分子相互作用或水滴時需要一個超級昂貴的裝備。研究人員開發了一種使用投影機技術建構的系統,可以顯著降低成本。 由加拿大國家科學研究院(INRS)、康考迪亞大學和Meta Platforms 公司的成員組成的研究小組開發出了一種新型相機,能夠以每秒480 萬幀的單次曝光捕捉事件,時間分辨率為0.37 微秒,序列深度為7 幀”。 在性能上看,這並沒有辦法與加州理工學院幾年前的成就相提並論,但DRUM 技術是使用現成的組件構建的,並且成本只是商用系統的一小部分。「我們的相機採用了一種全新的方法來實現高速成像,」INRS 的Jinyang Liang 說。“它的成像速度和空間分辨率與商用高速相機相似,但使用現成的組件,其成本可能不到當今超高速相機的十分之一,而超高速相機的起價接近10 萬美元。”該開發以一種稱為時變光學衍射的新時間選通方法為中心。在普通相機中,快門形狀的選通控制照射到感光元件的光量。時間選通涉及快速打開和關閉門幾次以捕獲簡短的高速視訊。該團隊提出了一種利用光衍射進行時間選通的方法,其中涉及“快速改變衍射光柵上週期面的傾斜角度”,以產生沿不同方向移動的入射光的多個副本。這有效地在不同時間點對幀進行門控,以產生非常短的超快延時電影。「幸運的是,可以透過使用數位微鏡裝置(DMD)(投影機中常見的光學元件)以非常規的方式完成這種類型的掃描衍射門,」梁說。“DMD 是批量生產的,不需要機械運動來生產衍射門,使系統具有成本效益且穩定。”衍射門控即時超高速測繪(DRUM) 相機能夠為每部電影捕捉七幀。該計畫的多學科團隊透過記錄雷射與蒸餾水的相互作用來測試該設備,「顯示了等離子體通道的演變以及響應脈衝雷射的氣泡的發展」。DRUM 相機還捕捉了碳酸飲料的氣泡動力學以及洋蔥細胞樣本與超短雷射脈衝之間的相互作用。進一步完善該技術的工作正在進行中,但研究人員看到了它在生物醫學和自動運輸雷射雷達系統中的潛在應用。關於該計畫的論文已發表在《Optica》雜誌上。