Машины-монстры: Самая быстрая видеокамера в мире — один триллион кадров в секунду.

 |  | 15 дeкaбря 2011 | Нoвoсти нaуки и тexники
Мaшины-мoнстры: Сaмaя быстрaя видeoкaмeрa в мирe — oдин триллиoн кaдрoв в сeкунду.

Исслeдoвaтeли из Мaссaчусeтскoгo тexнoлoгичeскoгo институтa рaзрaбoтaли и сoздaли нoвую систeму съeмки видeoизoбрaжeний, кoтoрaя oблaдaeт пoистинe фaнтaстичeскoй скoрoстью — oнa мoжeт снимaть oдин триллион кадров в секунду. Андреас Фелтен (Andreas Velten), ученый из MIT Media Lab, характеризует возможности новой камеры всего одной фразой: «Во Вселенной не существует ничего, что являлось бы слишком быстрым для этой камеры».

Основой новой высокоскоростной камеры является относительно новая технология, называемая камера с линейной разверткой (streak camera). Эта камера, стоящая порядка 250 тысяч долларов, имеет диафрагму в виде узкой щели. Фотоны света, проходящие сквозь узкую щелевидную диафрагму, попадают под воздействие высокочастотного электрического поля, которое отклоняет их траекторию в направлении, перпендикулярном направлению диафрагмы камеры. Поскольку напряженность электрического поля изменяется с большой скоростью, оно отклоняет траекторию более поздно прибывших фотонов более сильно, чем фотонов, прибывших немногим ранее.

И в результате такого трюка получается двухмерное изображение. Одна координата этого изображения, как и положено, является пространственной координатой, а вторая координата является разверткой первой пространственной координаты по времени. Обобщив все вышесказанное можно сказать, что результирующее изображение является разверткой времени прибытия фотонов, прошедших сквозь одномерный «срез» пространства.

Несмотря на такую необычность снимков, сделанных камерой с линейной разверткой, такая камера может делать снимки с потрясающей скоростью — до триллиона кадров в секунду. Изначально такая камера предназначалась для изучения света, который выделяется в результате химических реакций и характеристик света, прошедшего через определенные химические вещества и соединения. В первую очередь химиков интересовали длины волн света, поглощенного веществами, и изменения интенсивности излучаемого света в течение длительного промежутка времени. Тот факт, что камера фиксирует всего одну пространственную координату, не являлся для них помехой.

Но наличие всего одной пространственной координаты — это серьезный недостаток камеры, если планировать с ее помощью осуществление сверхскоростной съемки. Для обхода этого недостатка камеры профессор Рэмеш Рэскэр (Ramesh Raskar) и профессор химии Моунджи Бавенди (Moungi Bawendi) применили весьма необычный трюк. Для съемки видео, на котором видно прохождение светового импульса сквозь бутылку с водой, было сделано множество одномерных снимков, каждый из которых отличался от предыдущего второй пространственной координатой. Затем набор одномерных видео был совмещен и объединен в обычное, двухмерное видео с помощью специального программного обеспечения.

Естественно, «актером» для съемки видео был не один единственный импульс лазерного света. Для каждого снимка лазер вырабатывал новый импульс. Естественно, что такая съемка возможна только лишь при условии четкой синхронизации работы камеры, лазера и соблюдения одинаковых условий окружающей среды. Но это все достаточно легко реализуется с помощью набора оптического, электронного и другого оборудования.

Свету, проходящему через бутылку, требуется всего одна наносекунда, что бы рассеяться и исчезнуть. А для того, что бы собрать все необходимые данные, т.е. сделать все снимки, необходимые для получения полноценного конечного видео, требуется более часа времени. По этой причиной исследователи называют свое детище «самой медленной самой быстрой камерой в мире».

Поскольку сверхскоростная камера для записи видео требует многократного повторения одного и того же события, она не в состоянии записать явления, которые нельзя точно воспроизвести требуемое количество раз, и единичных явлений. Поэтому область применения такой камеры будет достаточно узка и специфична, ее можно будет использовать в анализе структуры материалов, биологических тканей и во многих других физических исследованиях и экспериментах. Но даже в тех случаях она станет источником огромного количества научной информации.

Машины-монстрывсе об самых исключительных машинах, механизмах и устройствах в мире, от громадных средств уничтожения себе подобных до крошечных точнейших устройств, механизмов и всего того, что находится в промежутке между ними.