Ученые создали чрезвычайно быструю научную камеру, которая снимает изображения со скоростью кодирования 156,3 ТГц для отдельных пикселей, что эквивалентно 156,3 трлн кадров в секунду. Камера исследовательского класса SCARF (swept-coded aperture real-time femtophotography), может привести к прорыву в области изучения микрособытий, которые возникают и исчезают слишком быстро для современных научных сенсоров.
Камера SCARF уже успешно зафиксировала сверхбыстрые события, такие как поглощение в полупроводнике и размагничивание металлического сплава. Исследование может открыть новые грани в таких сферах, как механика ударных волн или разработка более эффективных медицинских решений.
Исследовательскую группу возглавлял профессор Цзиньян Лян из Канадского национального института научных исследований (INRS). Он — всемирно признанный специалист в сверхскоростной фотографии, который опирался на свои открытия из отдельного исследования 6 лет назад.
Профессор Лян со своей группой подготовили исследование как новый взгляд на сверхскоростные камеры. Как правило, эти системы используют последовательный подход: снимают кадры по одному и соединяют их вместе, чтобы наблюдать за движущимися объектами. Но такой подход имеет ограничения.
«Например, такие явления, как фемтосекундная лазерная абляция, взаимодействие ударной волны с живыми клетками и оптический хаос, не могут быть исследованы таким образом», — сказал Лян.
Новая камера SCARF базируется на предыдущих исследованиях Ляна, чтобы изменить логику традиционной сверхбыстрой камеры.
«Ее модальность изображения позволяет сверхбыстрое переключение статической закодированной апертуры без нарушения сверхбыстрого явления. Это обеспечивает скорость кодирования полной последовательности до 156,3 ТГц для отдельных пикселей на камере с устройством с зарядовой связью (CCD). Эти результаты можно получить в одном кадре с регулируемой частотой кадров и пространственным масштабом как в режиме отражения, так и в режиме передачи».
Другими словами, камера использует модальность вычислительного изображения для захвата пространственной информации, позволяя свету входить в ее датчик в несколько иное время. Отсутствие необходимости обрабатывать пространственные данные на данный момент позволяет частично освободить камеру для захвата этих чрезвычайно быстрых лазерных импульсов со скоростью до 156,3 трлн раз в секунду. Необработанные данные изображений затем могут быть обработаны с помощью компьютерного алгоритма, который декодирует входные данные в шахматном порядке, превращая каждый из триллионов кадров в полное изображение.
Примечательно, что достичь таких результатов удалось, «используя готовые и пассивные оптические компоненты». Команда описывает SCARF как недорогой способ с низким энергопотреблением и высоким качеством измерения по сравнению с существующими методами.
Источник: Engadget