Забудьте о высокоскоростных камерах, делающих 100 000 кадров в секунду. Исследовательская группа Лундского университета в Швеции разработала камеру, которая может снимать со скоростью, эквивалентной пяти триллионам изображений в секунду, или событиям длительностью всего 0,2 триллионных доли секунды. Это быстрее, чем было возможно раньше.
Новая сверхбыстрая пленочная камера сможет запечатлеть невероятно быстрые процессы в химии, физике, биологии и биомедицине, которые до сих пор не были запечатлены на пленку.
Чтобы проиллюстрировать технологию, исследователи успешно засняли, как свет - совокупность фотонов - проходит расстояние, соответствующее толщине бумаги. В реальности это занимает всего пикосекунду, но на пленке процесс замедлен в триллион раз.
В настоящее время высокоскоростные камеры снимают изображения одно за другим в последовательности. Новая технология основана на инновационном алгоритме и вместо этого захватывает несколько закодированных изображений в одно изображение. Затем он сортирует их в видеопоследовательность.
Вкратце, этот метод включает в себя воздействие света на то, что вы снимаете (например, химическую реакцию), в виде лазерных вспышек, где каждому световому импульсу присваивается уникальный код. Объект отражает световые вспышки, которые сливаются в единую фотографию. Впоследствии они разделяются с помощью ключа шифрования.
Пленочная камера изначально предназначена для использования исследователями, которые буквально хотят лучше понять многие чрезвычайно быстрые процессы, происходящие в природе. Многие из них происходят в пико- и фемтосекундном масштабе, что невероятно быстро - количество фемтосекунд в одной секунде значительно больше, чем количество секунд в жизни человека.
Это касается не всех процессов в природе, но довольно многих, например, взрывов, плазменных вспышек, турбулентного горения, деятельности мозга у животных и химических реакций. Теперь мы можем снимать такие чрезвычайно короткие процессы, - говорит Элиас Кристенссон. - В долгосрочной перспективе эта технология может также использоваться в промышленности и других сферах».
Для самих исследователей, однако, самое большое преимущество этой технологии заключается не в том, что они установили новый рекорд скорости, а в том, что теперь они могут снимать, как конкретные вещества изменяются в одном и том же процессе.
Сегодня единственный способ визуализировать такие быстрые события - это фотографировать неподвижные изображения процесса. Затем вам нужно попытаться повторить идентичные эксперименты, чтобы получить несколько неподвижных изображений, которые впоследствии можно будет смонтировать в фильм. Проблема при таком подходе очень маловероятно, что процесс будет идентичным, если вы повторите эксперимент», - говорит он.
В большинстве случаев Элиас Кристенссон и Андреас Эн проводят исследования горения - области, которая, как известно, трудна и сложна для изучения. Конечная цель этого фундаментального исследования - сделать автомобильные двигатели, газовые турбины и котлы нового поколения более чистыми и экономичными. Горение контролируется рядом сверхбыстрых процессов на молекулярном уровне, которые теперь можно запечатлеть на пленке.
Например, исследователи будут изучать химию плазменных разрядов, время жизни квантовых состояний в средах горения и в биологических тканях, а также то, как инициируются химические реакции. Осенью будет больше материалов для фильмов.
О камере:
Исследователи называют технологию FRAME - алгоритм распознавания частоты для многократной экспозиции.
Обычная камера со вспышкой использует обычный свет, но в данном случае исследователи используют «закодированные» световые вспышки в качестве формы шифрования. Каждый раз, когда на объект попадает закодированная световая вспышка - например, химическая реакция в горящем пламени - объект испускает сигнал-образ (ответ) с точно такой же кодировкой. Все следующие световые вспышки имеют разные коды, и сигналы изображения фиксируются на одной фотографии. Эти закодированные сигналы изображения затем разделяются с помощью ключа шифрования на компьютере.
Немецкая компания уже разработала прототип технологии, а это означает, что примерно через два года ею смогут пользоваться больше людей.
Видео: