Može li ova nova kamera omogućiti jeftinije snimanje slika velike brzine?
Snimanje kristalno jasnih slika brzih pokreta kao što su kapljice vode koje padaju ili molekularne interakcije zahtevaju ultra-brze kamere koje su sposobne da snime milione slika u sekundi. Problem? Njihova upotreba je izuzetno skupa i njihova primena je ograničena.
Novo istraživanje koje vodi profesor Jinyang Liang sa Instituta Nacionalni institut za naučna istraživanja (INRS) otkriva kameru koja bi mogla ponuditi mnogo jeftiniju, ultrabrzu tehniku snimanja za širok spektar aplikacija kao što su praćenje u realnom vremenu, proširena stvarnost, snimanje lekove ili čak razvoj sistema za detekciju svetlosnih talasa i dometa (LIDAR) koji se mogu koristiti za sprečavanje sudara sa objektima ili ljudima.
Profesor Liang i njegovi saradnici na Univerzitetu Konkordija i Meta Platforms pokazuju da njihova nova ultra-brza fotografska kamera koja pokreće difrakciju u realnom vremenu (DRUM na engleskom) može da snimi dinamički događaj sa jednom ekspozicijom pri 4,8 miliona kadrova u sekundi. Oni demonstriraju mogućnosti ove kamere tako što snimaju brzu dinamiku laserskih impulsa reda femtosekundi koji stupaju u interakciju sa tečnošću, kao i lasersku ablaciju u biološkim uzorcima.
„Dugoročno, verujem da će DRUM fotografija doprineti napretku u biomedicini i tehnologijama automatizacije sličnih LIDAR-u, gde bi brža tehnika snimanja omogućila preciznije otkrivanje opasnosti“, kaže Jinyang Liang. Model DRUM fotografije je, međutim, relativno generički. U teoriji se može primeniti na bilo koju CCD ili CMOS senzorsku kameru bez narušavanja njenih drugih prednosti kao što je visoka osetljivost.
Tim je napravio DRUM kameru sa dubinom sekvence od sedam kadrova, što znači da snima sedam kadrova u svakom kratkom filmu. Nakon karakterizacije prostornih i vremenskih rezolucija sistema, istraživači su primenili ove parametre kako bi zabeležili interakcije između lasera i destilovane vode.
Slike dobijene u vremenskom intervalu pokazale su evoluciju plazma kanala i formiranje mehurića kao odgovor na dejstvo impulsnog lasera, pri čemu izmereni poluprečniki mehurića odgovaraju onima predviđenim teorijom kavitacije. Takođe su snimili dinamiku mehurića u gaziranom napitku i zabeležili prolazne interakcije između ultrakratkog laserskog impulsa i jednoslojnog uzorka ćelije luka.
Uprkos značajnom napretku postignutom u oblasti ultrabrzog snimanja, trenutne metode su i dalje skupe i složene za primenu. Njihove performanse su takođe ograničene kompromisima koje korisnici moraju da naprave između broja kadrova snimljenih u svakom filmu i svetlosnog izlaza ili vremenske rezolucije. Da bi rešili ove probleme, istraživači su razvili novu metodu vremenske podele poznatu kao vremenski promenljiva optička difrakcija.
Kamere koriste ove „vremenske kapije“ da kontrolišu kada svetlost udari u senzor. U konvencionalnoj kameri, na primer, zatvarač deluje kao neka vrsta vrata koja se otvaraju i zatvaraju samo jednom. U principu vremenskog preseka, vrata se otvaraju i zatvaraju brzo nekoliko puta pre nego što slika stigne do senzora, stvarajući kratak, veoma brz film scene.
Uzimajući u obzir prostorno-vremensku dualnost svetlosti, Jinyang Liang je razumeo kako da dobije vremensku podelu koristeći difrakciju svetlosti. Istraživač je to shvatio brzom promenom ugla nagiba periodičnih faseta u difrakcionoj rešetki, koja može da generiše višestruke replike upadne svetlosti koja putuje u različitim pravcima. Na ovaj način bi se mogle skenirati različite prostorne pozicije da bi se sinhronizovale slike u različitim vremenskim momentima. Oni bi se zatim mogli sastaviti da bi se napravio film velike brzine. Da bi ovu ideju transformisali u funkcionalnu kameru, multidisciplinarni tim koji okuplja različite ekspertize u oblastima kao što je fizička optika.
Istraživački tim nastavlja svoj rad na poboljšanju performansi uređaja, posebno u pogledu brzine snimanja i dubine sekvence. Takođe žele da procene mogućnost snimanja informacija u boji (slike su trenutno samo crno-bele) i primene sistema na druge oblasti kao što su LIDAR tehnike.
Izvor: techbriefs.com
