全球速度最快的相機每秒可拍攝156.3兆張影像
加拿大能源材料電信研究中心(INRS Énergie Matériaux Télécommunications Research Centre)的工程師們研製出了世界上最快的照相機,其拍攝速度達到了驚人的每秒156.3萬億幀(fps)。
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世界上最快的相機SCARF 的圖解。啁啾脈衝光捕捉到一個超快事件–蘋果被子彈擊穿–然後進入系統處理成影像
最好的手機慢動作攝影機通常使用幾百幀/秒的速度。專業的電影攝影機可能會使用數千幀,以達到更流暢的效果。但如果你想看到奈米尺度上發生的事情,就需要把速度降下來,達到每秒數十億甚至數萬億幀。
據報道,這台新相機可以捕捉以飛秒為單位的事件–四萬億分之一秒。作為參考,1 秒內發生的事件與3,200 萬年中的秒數相當。
研究人員以他們早在2014 年就開發的技術為基礎,該技術被稱為壓縮超快攝影(CUP),可以捕捉現在看來微不足道的1000 億幀/秒。下一階段被稱為T-CUP,T 代表”每秒萬億幀”–它確實能達到每秒10 兆幀的速度。到了2020 年,團隊又將其提升到70 兆幀/秒,並推出了一個名為壓縮超快光譜攝影(CUSP)的版本。
現在,研究人員又將其提高了一倍多,達到了令人難以置信的每秒156.3 兆幀。新的相機系統被稱為”掃頻編碼孔徑即時飛秒照相術”(SCARF),它可以捕捉發生得太快的事件,即使是以前版本的技術也無法看到。這包括像是衝擊波穿過物質或活細胞這樣的情況。
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SCARF 的工作原理是先發射一個”啁啾”超短脈衝激光,穿過被成像的事件或物體。如果把這種光想像成彩虹,那麼紅色波長的光將首先捕捉到事件,然後是橙色、黃色,最後是紫色。由於事件發生得太快,當每種”顏色”到達時,看起來都不一樣,這樣脈衝就能在極短的時間內捕捉到整個事件的變化。
然後,這個光脈衝經過一系列組件的聚焦、反射、繞射和編碼,最後到達電荷耦合元件(CCD)相機的感測器。然後轉換成數據,再由計算機重構成最終影像。
雖然我們普通人不太可能觀看SCARF 系統捕捉到的氣球爆炸的高速視頻,但研究人員表示,捕捉新的超快現像有助於改進物理學、生物學、化學、材料科學和工程學等領域。
這項研究發表在《自然通訊》雜誌。