Исследователям из Массачусетского технологического института (МТИ) удалось создать новую систему захвата изображений, которая способна записывать видео на впечатляющей скорости – до одного триллиона кадров в секунду. Такой скорости достаточно для замедленной съёмки вспышек света. Как отмечает сотрудник лаборатории MIT Media Lab Андреас Велтен (Andreas Velten), один из разработчиков нового устройства, на сегодняшний день в мире нет ничего, что казалось бы слишком быстрым для данной видеокамеры. Систему захвата видео сами создатели называют граничной в области замедленной съёмки.

Система основана на недавно разработанной технологии, известной под названием «streak camera», но исследователи использовали её необычным способом. Диафрагма камеры представляет собой узкую щель. Частицы светового потока – фотоны – проходят сквозь эту щель и затем попадают под действие электрического поля, которое разворачивает их в направлении перпендикулярном диафрагме. Так как данное электрическое поле изменяется очень быстро, оно по-разному отклоняет фотоны, прибывающие в соседние короткие промежутки времени.

Изображение, формируемое камерой, является двухмерным. Но только одно из измерений, то, которое соответствует направлению щели, является пространственным. Другое измерение, соответствующее углу поворота фотона, представляет собой время. Таким образом, изображение отображает время прибытия фотонов, которые проходят сквозь часть одномерного пространства.

Камера нацелена на использование в экспериментах, в которых свет излучается химическим образцом или проходит сквозь него. Так как химики интересуются длинами световых волн, которые поглощаются материалом, а также изменением во времени интенсивности излучаемого света, для них тот факт, что камера регистрирует только одно пространственное измерение, не имеет значения.

Но это серьёзный недостаток видеокамеры. Для захвата сверхмедленного видео необходимо проводить один и тот же эксперимент, например, прохождение светового пучка сквозь бутылку, множество раз. При этом постоянно необходимо менять положение камеры для получения в итоге двухмерного изображения. Свет проходит сквозь бутылку за миллиардную долю секунды, но для фиксации этого операторам необходимо поработать больше часа. Поэтому разработчики также в шутку называют своё детище «самой медленной самой быстрой камерой в мире».

После часа работы исследователи собрали сотни тысяч наборов данных, каждый из которых отображает одномерную позицию фотона наряду с временем его прибытия. Разработчики создали алгоритм, который способен сгенерировать из этого сырого набора данных последовательность двухмерных изображений.

Так как для съёмки необходимо множество проходов, то данная камера подходит только для снятия событий, которые можно точно воспроизвести необходимое количество раз.

Новая разработка была представлена исследователям на двух конференциях – Computational Optical Sensing and Imaging Conference и Siggraph.

Исследователи надеются, что новая камера поможет им лучше понять движение фотонов и существенно улучшить компактные вспышки в карманных фотокамерах. Участник проекта профессор Рамеш Раскар (Ramesh Raskar) не исключает возможность создания миниатюрных вспышек и спецэффектов, которые напоминали бы по конечному результату современные студийные устройства. Разработка может использоваться в научных исследованиях, медицинском оборудовании и других областях.
Твитнуть