0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Самая быстрая в мире камера снимает со скоростью 70 триллионов кадров в секунду

Самая быстрая в мире камера снимает 70 триллионов кадров в секунду

Используя сверхбыстрые лазерные импульсы, новая система камер может снимать со скоростью до 70 триллионов кадров в секунду.

Лучшие телефонные камеры могут записывать медленное движение со скоростью менее 1000 кадров в секунду. Коммерческие установки обычно снимают со скоростью в несколько тысяч. Но все это абсолютно бледнеет по сравнению с новым рекордсменом и самой быстрой камерой в мире, которая может похвастаться ошеломляющей скоростью в 70 триллионов кадров в секунду. Это достаточно быстро, чтобы захватить световые волны в движении.

Сверхбыстрая камера

Разработанная в Caltech технология называется сжатой сверхбыстрой спектральной фотографией (CUSP). Как и следовало ожидать от невероятной частоты кадров, она не работает как обычная камера. Он использует чрезвычайно короткие импульсы лазерного света, каждый из которых длится всего одну фемтосекунду. Для справки, это одна квадриллионная секунда.

Система оптики разделяет эти импульсы на еще более короткие вспышки. Каждый из этих импульсов затем попадает в специальный датчик в камере, создавая изображение. И это происходит 70 триллионов раз в секунду.

Система CUSP основана на более ранней технологии, разработанной ведущим автором исследования Лихун Вана (Lihong Wang). Оригинальная версия, известная как сжатая сверхскоростная фотография (CUP), в 2014 году достигла максимальной скорости 100 миллиардов кадров в секунду. К 2018 году команде удалось снять 10 триллионов кадров в секунду, используя усовершенствованную версию технологии под названием Т-CUP.

Теперь, в семь раз быстрее, Ван и его команда считают, что технология CUSP может быть использована для исследования сверхбыстрого мира фундаментальной физики и создания более компактной и чувствительной электроники.

«Мы предполагаем применение в широком спектре чрезвычайно быстрых явлений, таких как сверхкороткое распространение света, распространение волн, ядерный синтез, перенос фотонов в облаках и биологических тканях и флуоресцентный распад биомолекул, среди прочего», — говорит Ван.

Другие команды используют различные типы технологий для захвата этих мимолетных событий на высокой скорости. Японские исследователи управляли 4,4 триллионами кадров в секунду в 2014 году, а шведская команда превысила 5 триллионов в 2017 году.

Новое исследование было опубликовано в журнале Nature Communications. опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Самая быстрая камера в мире на сегодняшний день снимает со скоростью 70 триллионов кадров в секунду

Наилучшие модели камер, устанавливаемых в современных смартфонах, могут снимать в режиме замедленной съемки со скоростью более 1000 кадров в секунду, скорость же профессиональных специализированных камер может уже исчисляться несколькими тысячами и десятками тысяч кадров в секунду. Но все эти цифры выглядят весьма бледно по сравнению со скоростью, обеспечиваемой новым нынешним абсолютным рекордсменом, самой быстрой камерой в мире на сегодняшний день, скоростью съемки которой составляет ошеломляющие 70 триллионов кадров в секунду. И да, эта камера уже достаточно быстра для того, чтобы она могла запечатлеть движение волн света.

Основой новой камеры является технология CUSP (compressed ultrafast spectral photography), разработанная в Калифорнийском технологическом институте. Как можно догадаться, она, эта технология, не имеет ничего общего с традиционными методами фото- и видеосъемки. В технологии CUSP используются чрезвычайно короткие импульсы лазерного света, длительность каждого из которых составляет около одной фемтосекунды, одной квадриллионной доли секунды.

Специальная оптическая система дробит и без того короткие импульсы света на еще более короткие. И каждый импульс этого света освещает объект, что фиксируется специализированным сверхскоростным датчиком камеры, который вырабатывает изображение с максимальной скоростью в 70 триллионов кадров в секунду.

Читать еще:  В GTA V найдена миссия, связанная с Red Dead Redemption 2

Основой технологии CUSP является разработанная ранее технология CUP (compressed ultrafast photography), при помощи которой в 2014 году была получена скорость съемки в 100 миллиардов кадров в секунду. А к 2018 году, за счет использования более продвинутого варианта под названием T-CUP, скорость съемки удалось увеличить до отметки в 10 триллионов кадров в секунду. Новая же технология CUSP обеспечивает еще в 7 раз большую скорость съемки, и при ее помощи ученые надеются увидеть некоторые самые высокоскоростные аспекты мира фундаментальной физики.

“Мы полагаем, что новая камера найдет применение там, где требуется съемка чрезвычайно быстрых явлений, таких, как процесс распространения световых волн, процессы ядерного синтеза, перемещение фотонов внутри биологических тканей, флуоресцентный распад молекул биологического происхождения и многое другое” – пишут исследователи.

И в заключение следует отметить, что технологии CUP/T-CUP/CUSP являются далеко не единственными технологиями высокоскоростной видеосъемки. При помощи альтернативных технологий собственной разработки японские исследователи в 2014 году получали скорость на уровне 4.4 триллионов кадров в секунду, а группа шведских исследователей получила скорость в 5 триллионов в 2017 году.

Десять триллионов кадров в секунду: создана самая быстрая в мире камера

Так выглядит система, поставившая мировой рекорд по скорости съёмки.
Фото INRS.

Учёные создали камеру, которая создаёт десять триллионов кадров в секунду. Как утверждается в пресс-релизе исследования, это мировой рекорд. Новая разработка поможет зафиксировать процессы, которых никто никогда не видел.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications группой во главе с Цзиньяном Ляном (Jinyang Liang) из Национального научно-исследовательского института Канады.

Учёные превосходно понимают смысл поговорки «время не ждёт». Процессы в быстрой электронике протекают за миллиардные доли секунды. Молекулы колеблются с периодом в её триллионные доли. Взаимодействие света с веществом происходит ещё в тысячу, а движение электронов в атоме – в миллион раз быстрее.

Как изучить настолько быстрые процессы? Для этого физики создают фемтосекундные и даже аттосекундные лазеры. Лазерный импульс воздействует на образец с нужным характерным временем. Но результат воздействия тоже нужно как-то зафиксировать. Хотя современные технологии предоставляют на этот счёт кое-какие возможности, о полноценном изображении речь не идёт.

Существующие камеры слишком неторопливы, чтобы фиксировать такие процессы в реальном времени. Они требуют многократно повторять одно и то же действие. Это можно сравнить с покачиванием маятника: камера не в силах запечатлеть отдельное движение, но ведь каждое колебание похоже на предыдущее как две капли воды. В конце концов суммарное время экспозиции оказывается достаточным, чтобы получить качественный кадр.

А что делать, если изучаемый процесс похож не на качания маятника, а на удар молотком по стеклу? Образец разрушается первым же воздействием, и его уже невозможно повторить много раз. Такие вещи нужно фиксировать в реальном времени, другого способа просто нет.

Авторы решили эту проблему. За отправную точку они взяли технологию сжатой сверхбыстрой фотографии, позволяющую делать сто миллиардов кадров в секунду (авторы «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) ранее рассказывали о ней). Ускорив процесс съёмки в сотню раз, исследователи закономерно получили ухудшение изображения.

Тогда учёные добавили своему детищу «напарника». Это вторая камера, которая снимает не так быстро, как первая, зато получает более качественный кадр. Она используется как дополнительный источник информации. С таким подспорьем исследователи расшифровывают и данные «торопыги», превращая их в достаточно подробную картинку с помощью преобразования Радона.

Получившаяся система, возможно, поставила мировой рекорд по скорости съёмки в реальном времени. Впрочем, «Вести.Наука» писали о созданной российскими учёными камере, снимающей по кадру каждые 50 фемтосекунд. Это не обязательно означает, что технология группы Ляна напрасно претендует на первенство. «Камерой» можно назвать устройства разной конструкции, которые не обязательно являются фотоаппаратами в привычном смысле этого слова.

Канадские исследователи продемонстрировали возможности своего детища, зафиксировав процесс фокусировки одиночного импульса фемтосекундного лазера. Это действо было запечатлено в 25 кадрах, снятых с интервалом в 400 фемтосекунд. «На плёнке» можно увидеть, как меняется форма, интенсивность и угол наклона светового импульса.

Читать еще:  Саундбар Philips HTB5151K с беспроводным сабвуфером

«Это является достижением само по себе, но мы уже видим возможности для увеличения скорости до одного квадриллиона (в тысячу раз больше триллиона – прим. ред.) кадров в секунду!» – говорит Лян.

Напомним, что ранее «Вести.Наука» также писали о камере, снимающей 4,4 триллиона кадров в секунду.

Самая быстрая в мире камера снимает со скоростью 70 триллионов кадров в секунду

Смартфоны позволяют снимать видео со скоростью порядка 1000 кадров в секунду. Профессиональные камеры захватывают движение со скоростью до 10 тыс. кадров в секунду. Но всё это меркнет по сравнению со съёмкой со скоростью 70 триллионов кадров в секунду, которую научились вести учёные из Калифорнийского технологического института. Теперь можно будет взглянуть даже на движение световой волны.

Группа исследователей из Caltech опубликовала в журнале Nature Communications статью (она доступна по ссылке), в которой рассказала об улучшенной технологии скоростной съёмки. Это не первый прорыв учёных из Калифорнийского технологического на данном направлении. Руководит исследованиями специалист института Лихонг Ван (Lihong Wang).

В 2014 году под его руководством была представлена оригинальная технология скоростной съёмки CUP (сжатая сверхскоростная фотография) со скоростью 100 млрд кадров/с. К 2018 году технология была усовершенствована и получила название Т-CUP, а скорость съёмки достигла 10 трлн кадров/с. Новая технология CUSP (сжатая сверхбыстрая спектральная фотография) увеличила скорость съёмки ещё в семь раз ― до 70 трлн кадров/с.

В основе сверхскоростной съёмки CUSP лежит импульсный лазер излучающий сверхкороткие световые импульсы длительностью в одну фемтосекунду (10 −15 с). Оптическая система разделяет эти импульсы на ещё более короткие вспышки. Этими дробными импульсами подсвечивается объект съёмки, и затем, через другую оптическую систему, они попадают на датчик изображения, который формирует итоговую картинку.

Схематическое изображение установки для съёмки видео со скоростью 70 трлн кадров/с (Caltech)

«Мы предполагаем применение [разработки] в широком спектре чрезвычайно быстрых явлений, таких как сверхкороткое распространение света, распространение волн, ядерный синтез, перенос фотонов в облаках и биологических тканях и, среди прочего, флуоресцентный распад биомолекул», ― сказал Ван. Также технология CUSP может быть использована для исследования сверхбыстрого мира фундаментальной физики и для создания более компактной и чувствительной электроники.

Самая быстрая камера в мире, замораживает время на скорости 10 триллионов кадров в секунду!

Дата: 12 октября 2018 г.

Источник: Национальный научно-исследовательский институт — INRS

Резюме: Исследователи разработали то, что они называют T-CUP: самой быстрой камерой в мире, способной захватывать десять триллионов кадров в секунду. Эта новая камера буквально позволяет заморозить время, чтобы увидеть явления — и даже свет! — в чрезвычайно медленном движении.

Что происходит, когда новая технология настолько точна, что она работает в масштабах, выходящих за рамки наших возможностей характеристики? Например, лазеры, используемые в INRS, создают ультракороткие импульсы в фемтосекундном диапазоне ( 10-15 с), которые слишком коротки для визуализации. Хотя некоторые измерения возможны, ничто не сравнится с четким изображением, говорит профессор INRS и специалист по сверхбыстрой визуализации Jinyang Liang. Он и его коллеги, возглавляемые Lihong Wang из Caltech, разработали то, что они называют T-CUP: самой быстрой камерой в мире, способной захватывать десять триллионов (10 13 ) кадров в секунду. Эта новая камера буквально позволяет заморозить время, чтобы увидеть явления — и даже свет! — в чрезвычайно медленном движении.

В последние годы соединение инноваций в нелинейной оптике и визуализации открыло двери для новых и высокоэффективных методов микроскопического анализа динамических явлений в биологии и физике. Но для использования потенциала этих методов должен быть способ записи изображений в реальном времени с очень коротким временным разрешением — за один раз.

Используя современные методы визуализации, измерения, проводимые с помощью сверхкоротких лазерных импульсов, должны повторяться много раз, что подходит для некоторых типов инертных образцов, но невозможно для других более хрупких. Например, лазерное гравированное стекло может переносить только один лазерный импульс, оставляя меньше, чем пикосекунда, чтобы фиксировать результаты. В этом случае метод визуализации должен иметь возможность фиксировать весь процесс в реальном времени.

Сжатая сверхбыстрая фотография (CUP) была хорошей отправной точкой для них. При 100 млрд. Кадров в секунду этот метод приближался, но не соответствовал спецификациям, необходимым для интеграции фемтосекундных лазеров. Чтобы улучшить концепцию, новая система T-CUP была разработана на основе фемтосекундной полосовой камеры, которая также включает в себя тип сбора данных, используемый в таких приложениях, как томография.

Читать еще:  Мы живые: приключение Detroit: Become Human выйдет на ПК 12 декабря

«Мы знали, что с использованием только фемтосекундной линейной камеры качество изображения будет ограничено», — говорит профессор Лихун Ван, профессор Medial Engineering and Electrical Engineering в Калтех и директор лаборатории оптической визуализации Caltech (COIL). «Чтобы улучшить это, мы добавили еще одну камеру, которая приобретает статическое изображение. В сочетании с изображением, полученным камерой фемтосекундной полосы, мы можем использовать так называемое преобразование Радона для получения высококачественных изображений при записи десяти триллионов кадров в секунду. «

Установив мировой рекорд скорости изображения в реальном времени, T-CUP может подключать микроскопы нового поколения для биомедицины, материаловедения и других приложений. Эта камера представляет собой фундаментальный сдвиг, позволяющий анализировать взаимодействия между светом и веществом при беспрецедентном временном разрешении.

В первый раз, когда он использовался, сверхбыстрая камера сломала новую землю, захватив временную фокусировку одного фемтосекундного лазерного импульса в реальном времени. Этот процесс был записан в 25 кадрах, выполненных с интервалом в 400 фемтосекунд, и детализировал форму, интенсивность и угол наклона светового импульса.

«Это само достижение», — говорит Jinyang Liang, ведущий автор этой работы, который был инженером в COIL, когда проводилось исследование, «но мы уже видим возможности для увеличения скорости до одного квадриллиона (10 15 ) кадров в секунду!» Скорости, как это, несомненно, помогут понять все еще незаметные секреты взаимодействий между светом и веществом.

Самая быстрая в мире камера делает 5 триллионов снимков в секунду

Ученые из Лундского университета (Швеция) создали самую скорострельную в мире камеру, которая делает снимки с частотой пять триллионов кадров в секунду.

Камеру назвали FRAME. По-английски это слово звучит как «кадр», однако является аббревиатурой от «Frequency Recognition Algorithm for Multiple Exposures» (Алгоритм частотного распознавания для множественных экспозиций). Описывая камеру, создатели поясняют, что она может «практически остановить распространение света», запечатлевая события столь короткие, как 0,2 триллионных секунды. Ученые считают, что камера поможет документировать различные явления в химии, физике, биологии и медицине – на невозможном ранее уровне.

Насколько это много – пять триллионов раз в секунду? Это пятерка с двенадцатью нулями – 5000000000000. Для сравнения – если принять продолжительность человеческой жизни за 80 лет, то в ней уложится 2,5 миллиарда секунд. Всего-то два с половиной миллиарда! Шведская суперкамера за одну секунду может сделать в 2000 раз больше кадров, чем количество секунд, которое мы проживаем за всю жизнь.

«До сих пор, единственным способом визуализировать сверхбыстрые процессы была съемки отдельных последовательных кадров», поясняет ученый Элиас Кристенссон (Elias Kristensson). «Дальше вам нужно попробовать повторить идентичные эксперименты, чтобы получить несколько отдельных изображений, которые можно объединить в фильм. Проблема этого подхода в том, что в следующий раз, когда вы повторяете эксперимент, процесс уже не будет идти идентично».

Чтобы продемонстрировать возможности камеры, разработчики из Лунда сделали видео, на котором показаны фотоны света, проходящие дистанцию, равную толщине обычного листа бумаги. Для прохождения такого расстояния свету требуется ничтожно малое время – около пикосекунды, однако камера способна запечатлеть это движение в замедленном виде.

Наверное, вы уже догадываетесь, что новая суперкамера работает не совсем так, как традиционная камера. Разработчики дают следующее упрощенное объяснение:

«Обычные высокоскоростные камеры делают последовательно снимок за снимков. Новая же технология базируется на инновационном алгоритме, когда в одном кадре делается несколько кодированных снимков. В дальнейшем они разделяются на отдельные изображения, из которых можно получить видеоряд. Коротко говоря, метод подразумевает экспонирование снимаемого процесса (например, химической реакции) светом в виде лазерных вспышек, где каждой вспышке присвоен уникальный код. Объект отражает вспышки света, которые складываются в один кадр. Однако потом их можно разделить в последовательность, используя декодирующий ключ».

В настоящий момент технология находится в стадии коммерциализации. По оценкам специалистов, она будет готова к широкому использованию примерно через два года.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector