超高速相机:每秒拍5万亿张图片 能定格光线动作!

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发布日期:2017年05月03日 所属分类:新知

高速相机每秒只能拍摄10万张图像?现在这个看起来已经十分巨大的数字已经被超越了,而且新的标准简直让你无法想象。近期,瑞典隆德大学的一个研究小组开发了一款相机,它能以每秒5万亿张图片的速度拍摄图像,这相当于它能拍摄到时间间隔在0.2万亿分之一秒的影像!

超高速相机:每秒拍5万亿张图片 能定格光线动作!

这款新相机能拍摄光穿过一张纸的过程

科学家认为,新的超快胶片相机将在化学、物理、生物学和生物医学领域捕获令人难以置信的快速过程,不过,要想把这项技术直接应用在电影领域,可能还有很长很长的路要走。

为了表明这项技术到底能达到什么样的高度,研究人员已经成功地拍摄了光——光子集合体穿过一张纸厚度的过程。在现实中,它只需要一个皮秒。但在胶片上,这个过程被减缓了1万亿次。

传统的高速像机是通过逐帧拍摄图像实现的。现在,这项全新的技术则是通过了一套非常具有创新性的算法实现的,在拍摄时,它需要在一张图像中捕获几个已经编码的图像区块,然后通过算法,把它们组合成一段视频。

简而言之,这种方法需要将你正在拍摄的对象(例如化学反应)暴露在激光中,激光中每个光脉冲会被赋予唯一的编码。然后,接收被拍摄物体反射的光,把它们合并到但张照片上,再用加密密钥(encryption key)将激光闪光分离。

研究人员在最开始时就想使用胶片摄影机,他们希望借助这种设备的特殊性能更深入了解自然界,观察其中大量飞速进行的过程。你得知道,自然界中的许多过程都发生在皮秒或者飞秒的时间间隔内,而这种快到令人难以置信的速度,包含了大量信息。因为,一秒钟包含的飞秒数,比人一生中的秒数还要多。

埃里亚斯·克里斯滕森(Elias Kristensson)说:“这并不适用于自然界中所有的过程,但能把目光更集中在一些发生过程非常短的现象中,例如爆炸、血浆闪烁、湍流燃烧、动物大脑活动和化学反应。长期来看,这项技术也可以应用于工业和其它行业。”

然而,对于研究人员来说,这项技术最大的优势并不在于它们创造了新的速度记录,而是它们现在能够在同一过程中拍摄物质的具体变化。

超高速相机:每秒拍5万亿张图片 能定格光线动作!

埃里亚斯·克里斯滕森(Elias Kristensson)和安德烈亚斯·恩( Andreas Ehn. )

“如今,要观察这些高速事件的发生过程,还是得通过拍摄单张图片的静态过程,从而合并形成视频。因此,你必须尝试重复若干次相同的实验,才能获得足量的静止图像,方便合并成之后也能按需编辑的视频。显而易见的麻烦是:如果你重复数次实验,所获得的过程不太可能是完全一致的过程。

大多数时候,埃里亚斯·克里斯滕森(Elias Kristensson)和安德烈亚斯·恩( Andreas Ehn. )都在研究燃烧过程——这是一个公认的难以研究的复杂领域。这项基础研究的最终目的是:使下一代汽车发动机、燃气轮机和锅炉的使用更清洁、更省油。燃烧是由分子水平上的许多超快速过程控制的,现在可以在胶片上捕获这个精细的过程。

例如,研究人员还能研究等离子体放电的化学性质、燃烧环境和生物组织中量子态寿命、以及化学反应是如何开始的。预计今年秋季能获得更多的相关信息。

关于超高速相机

研究人员称该技术为:FRAME(Frequency Recognition Algorithm for Multiple Exposures)——多重曝光的频率识别算法

带有闪光灯的普通相机用的是普通的光线,但在超高速相机中,研究人员使用“编码”闪光灯作为加密形式。每次被编码的激光闪光灯射到被拍摄的物体(例如,在燃烧的火焰中发生的化学反应)上时,被拍摄物体则以完全相同的编码发出图像信号(响应)。随后的激光闪光都有各不相同的代码,就这样图像信号被捕获在一张照片中。随后,这些编码图像信号通过加密密钥在计算机上分离。

目前,已经有一家德国公司成功开发出了基于这项技术的原型,大概在2年后,就有更多的人能使用这项技术了。(环球科学/翻译:方珏祎)

原文链接:https://phys.org/news/2017-04-world-fastest-camera.html

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