Дослідникам з Массачусетського технологічного інституту (МТІ) вдалося створити нову систему захоплення зображень, яка здатна записувати відео на вражаючій швидкості - до одного трильйона кадрів на секунду. Такої швидкості достатньо для уповільненої зйомки спалахів світла.
Як зазначає співробітник лабораторії MIT Media Lab Андреас Велтен (Andreas Velten), один з розробників нового пристрою, на сьогоднішній день в світі немає нічого, що здавалося б занадто швидким для даної відеокамери. Систему захоплення відео самі творці називають граничною в області уповільненої зйомки.
Система заснована на нещодавно розробленій технології, відомій під назвою «streak camera», але дослідники використовували її незвичайним способом. Діафрагма камери являє собою вузьку щілину. Частинки світлового потоку - фотони - проходять крізь цю щілину і потім потрапляють під дію електричного поля, яке розгортає їх у напрямку перпендикулярному діафрагмі. Оскільки дане електричне поле змінюється дуже швидко, воно по-різному відхиляє фотони, які прибувають в сусідні короткі проміжки часу.
Зображення, що формується камерою, є двомірним. Але тільки один з вимірювань, той, який відповідає напрямку щілини, є просторовим. Інший вимір, що відповідає куту повороту фотона, - це час. Таким чином, зображення відображає час прибуття фотонів, які проходять крізь частину одномірного простору.
Камера націлена на використання в експериментах, в яких світло випромінюється хімічним зразком або проходить крізь нього. Оскільки хіміки цікавляться довжинами світлових хвиль, які поглинаються матеріалом, а також зміною в часі інтенсивності випромінюваного світла, для них той факт, що камера реєструє тільки один просторовий вимір, не має значення.
Але це серйозний недолік відеокамери. Для захоплення надмедленого відео необхідно проводити один і той же експеримент, наприклад, проходження світлового пучка крізь пляшку, безліч разів. При цьому постійно необхідно змінювати положення камери для отримання в результаті двомірного зображення. Світло проходить крізь пляшку за мільярдну частку секунди, але для фіксації цього операторам необхідно попрацювати більше години. Тому розробники також жартома називають своє дітище «найповільнішою найшвидшою камерою в світі».
Після години роботи дослідники зібрали сотні тисяч наборів даних, кожен з яких відображає одномірну позицію фотона поряд з часом його прибуття. Розробники створили алгоритм, який здатний згенерувати з цього сирого набору даних послідовність двомірних зображень.
Оскільки для зйомки необхідно безліч проходів, ця камера підходить тільки для зняття подій, які можна точно відтворити необхідну кількість разів.
Нова розробка була представлена дослідникам на двох конференціях - Computational Optical Sensing and Imaging Conference і Siggraph.
Дослідники сподіваються, що нова камера допоможе їм краще зрозуміти рух фотонів і істотно поліпшити компактні спалахи в кишенькових фотокамерах. Учасник проекту професор Рамеш Раскар (Ramesh Raskar) не виключає можливість створення мініатюрних спалахів і спецефектів, які нагадували б за кінцевим результатом сучасні студійні пристрої. Розробка може використовуватися в наукових дослідженнях, медичному обладнанні та інших галузях.
