Najszybsza kamera na świecie jest w stanie rejestrować 156,3 biliona klatek na sekundę

Naukowcy z National Institute of Scientific Research (INRS) w Quebec opracowali ultraszybką kamerę zdolną do zapewnienia szybkości kodowania pełnej sekwencji do 156,3 THz dla poszczególnych pikseli, co daje prędkość 156,2 biliona klatek na sekundę. 

To nowatorskie urządzenie do przetwarzania obrazu, nazwane SCARF, co jest skrótem od swept-coded aperture real-time femtophotography (femtofotografii w czasie rzeczywistym z kodowaną aperturą), jest wystarczająco szybkie, aby w jednym ujęciu uchwycić zjawiska takie jak absorpcja stanów przejściowych w półprzewodniku i ultraszybkie rozmagnesowanie stopu metalu.

Dla porównania, niektóre flagowe smartfony potrafią nagrywać wideo z prędkością do 960 klatek na sekundę. Zespół Slow Mo Guys na YouTube nakręcił filmy z szybkością do 800 000 klatek na sekundę.

INRS wierzy, że nowy sprzęt do obrazowania pomoże poszerzyć granice wiedzy w szeregu dziedzin, w tym biologii, chemii, materiałoznawstwie, fizyce i inżynierii.

INRS wierzy, że nowy sprzęt do obrazowania pomoże poszerzyć granice wiedzy w szeregu dziedzin, w tym biologii, chemii, materiałoznawstwie, fizyce i inżynierii. Naukowcy twierdzą, że będzie to szczególnie przydatne podczas obserwacji niepowtarzalnych lub trudnych do odtworzenia zjawisk, takich jak mechanika fali uderzeniowej w żywych komórkach.

Profesor Jinyang Liang jest pionierem w dziedzinie ultraszybkiego obrazowania. W 2018 roku opracował T-CUP (ultraszybka fotografia skompresowana z bilionami klatek na sekundę). W oparciu o pasywne obrazowanie femtosekundowe, system ten był w stanie przechwycić 10 bilionów klatek na sekundę.

Do tego momentu szybkie systemy kamer przeważnie przechwytywały klatki sekwencyjnie, jedna po drugiej, a następnie łączyły je w całość, tworząc scenę. T-CUP był przełomowy, ale nie pozbawiony wad. Miguel Marquez, członek zespołu Jinyanga, powiedział, że systemy oparte na skompresowanej, ultraszybkiej fotografii muszą borykać się z gorszą jakością danych. Co więcej, muszą też poświęcać sekwencyjną głębię pola widzenia. „Te ograniczenia wynikają z zasady działania, która wymaga jednoczesnego wycinania sceny i kodowanej apertury” – zauważył Marquez.

Jak podkreśla INRS, projekt SCARF rozwiązał te problemy dzięki swojej metodzie obrazowania, która umożliwia „szybkie przesuwanie zakodowanej statycznie apertury bez zakłócania ultraszybkiego zjawiska”.

Co zaskakujące, zespół stwierdził, że aparat został skonstruowany przy użyciu dostępnych na rynku i pasywnych komponentów optycznych, a jego budowa nie jest wcale taka droga. W związku z tym dwie firmy – Few-Cycle i Axis Photonique – już współpracują z badaczami nad wprowadzeniem aparatu na rynek.

Wyniki badań zespołu opublikowano w czasopiśmie Nature pod tytułem „Femtofotografia w czasie rzeczywistym z kodowaną aperturą”.