Ученые создали дешевую камеру, снимающую с частотой 5 000 000 кадров в секунду
Исследовательская группа, состоящая из представителей Канадского национального научно-исследовательского института (INRS), Университета Конкордия и Meta Platforms, разработала новую камеру, которая способна запечатлеть событие за одну экспозицию со скоростью 4,8 миллиона кадров в секунду с «временным разрешением» 0,37 микросекунды и глубиной последовательности семь кадров».
Это далеко не самая быстрая камера в мире. Но технология DRUM была создана с использованием готовых компонентов и стоит лишь часть стоимости коммерчески доступных систем — это делает ее особенно привлекательной для практических исследований.
«В нашей камере используется совершенно новый метод получения высокоскоростных изображений, — рассказал Цзиньян Лян из INRS. — Он имеет скорость съемки и пространственное разрешение, аналогичные коммерческим высокоскоростным камерам, но использует готовые компоненты, которые, вероятно, будут стоить менее одной десятой стоимости современных сверхбыстрых камер, стоимость которых может начинаться примерно со $100 000».
Разработка сосредоточена вокруг нового метода временного стробирования, получившего название изменяющейся во времени оптической дифракции. В обычной камере стробирование в форме затвора контролирует количество света, попадающего на матрицу. Временное стробирование предполагает быстрое открытие и закрытие ворот несколько раз для захвата короткого высокоскоростного видео.
Лян и его команда придумали способ временных ворот с использованием дифракции света, который включал «быстрое изменение угла наклона периодических граней дифракционной решетки», чтобы создать множество копий падающего света, движущегося в разных направлениях. Это эффективно отсекало кадры в разные моменты времени для создания очень короткого сверхбыстрого замедленного фильма.
«К счастью, этот тип дифракционного затвора можно реализовать с помощью цифрового микрозеркального устройства (DMD) – обычного оптического компонента в проекторах – нетрадиционным способом. ДМД производятся массово и не требуют механического перемещения для изготовления дифракционного затвора, что делает систему экономически эффективной и стабильной».
Сверхскоростная картографическая камера реального времени (DRUM) с дифракционным стробированием способна снимать семь кадров для каждого из этих мини-фильмов. Многопрофильная группа проекта протестировала аппарат, записав взаимодействие лазера с дистиллированной водой, что «показало эволюцию плазменного канала и развитие пузыря в ответ на импульсный лазер».
Динамика пузырьков газированного напитка и взаимодействие между образцом клеток лука и ультракоротким лазерным импульсом также были зафиксированы камерой DRUM. Работа по дальнейшему совершенствованию технологии продолжается, но исследователи видят потенциальное применение в биомедицине и системах LiDAR для автономного транспорта.