Deze camera legt 156,3 biljoen frames per seconde vast

Wetenschappers hebben een ultrasnelle wetenschappelijke camera ontwikkeld die beelden vastlegt met een coderingssnelheid van 156,3 terahertz (THz) per individuele pixel, wat overeenkomt met 156,3 biljoen frames per seconde. De onderzoekscamera, genaamd SCARF (gecodeerde diafragma real-time femtografie), zou kunnen leiden tot doorbraken op het gebied van het bestuderen van kleine gebeurtenissen die te snel komen en gaan voor de duurdere wetenschappelijke sensoren van vandaag.

SCARF heeft met succes ultrasnelle gebeurtenissen vastgelegd, zoals absorptie in een halfgeleider en demagnetisatie van een metaallegering. Het onderzoek zou nieuwe horizonten kunnen openen op uiteenlopende gebieden, zoals de schokgolfmechanica of de ontwikkeling van effectievere medicijnen.

Hij leidde het onderzoeksteam Professor Jinyang Liang Canadees Nationaal Instituut voor Wetenschappelijk Onderzoek (INRS). Hij is een wereldwijd erkende pionier op het gebied van hogesnelheidsfotografie en heeft voortgebouwd op zijn prestaties uit een afzonderlijk onderzoek dat zes jaar eerder werd uitgevoerd. Het huidige onderzoek was gepubliceerd in natuur, Som het op In een persbericht van INRS de eerste genoemd Op door Geef dagelijks les.

Professor Liang en zijn collega's ontwierpen hun onderzoek als een nieuw experiment met ultrasnelle camera's. Deze systemen maken doorgaans gebruik van een sequentiële aanpak: frames één voor één vastleggen en aan elkaar plakken om bewegende objecten te monitoren. Maar deze aanpak heeft beperkingen. “Fenomenen als femtoseconde laserablatie, schokgolfinteractie met levende cellen en optische chaos kunnen bijvoorbeeld niet op deze manier worden bestudeerd”, zegt Liang.

De nieuwe camera bouwt voort op Liangs eerdere onderzoek om de logica van de traditionele hogesnelheidscamera omver te werpen. “SCARF heeft deze uitdagingen overwonnen”, schreef Julie Robert, communicatiefunctionaris van INRS, in een verklaring. “De beeldvormingsmethode maakt ultrasnel scannen van het vast gecodeerde diafragma mogelijk zonder ultrasnel clipping-fenomeen. Dit levert volledige coderingssnelheden tot 156,3 Hz op voor individuele pixels op een CCD-camera (Charge-Coupled Device). Deze resultaten kunnen worden verkregen in een momentopname. Eén met aanpasbare framesnelheden en ruimtelijke schalen in zowel reflectie- als transmissiemodi.

In zeer vereenvoudigde bewoordingen betekent dit dat de camera een methode van computationele fotografie gebruikt om ruimtelijke informatie vast te leggen door licht op enigszins verschillende tijdstippen de sensor binnen te laten. Het niet in realtime hoeven verwerken van ruimtelijke gegevens maakt deel uit van wat de camera de vrijheid geeft om extreem snelle “chirp”-laserpulsen vast te leggen met een snelheid van maximaal 156,3 biljoen keer per seconde. De onbewerkte beeldgegevens kunnen vervolgens worden verwerkt door een computeralgoritme dat tijdsopeenvolgende invoer decodeert, waardoor elk van de biljoenen frames in een compleet beeld wordt omgezet.

Opmerkelijk genoeg deed het dit “met behulp van kant-en-klare optische componenten en passieve optische componenten”, zoals het artikel beschrijft. Het team omschrijft SCARF als goedkoop, met een laag stroomverbruik en een hoge meetkwaliteit in vergelijking met bestaande technieken.

Hoewel SCARF meer op onderzoek dan op consumenten is gericht, werkt het team al samen met twee bedrijven, Axis Photonique en Few-Cycle, om commerciële versies te ontwikkelen, waarschijnlijk voor hun collega's in het hoger onderwijs of andere wetenschappelijke instellingen.

Voor een meer technische uitleg van de camera en de mogelijke toepassingen kunt u dat doen Bekijk het volledige artikel op natuur.