Naukowcy z Narodowego Instytutu Badań Naukowych (INRS) w Quebecu opracowali ultraszybką kamerę zdolną do zapewnienia pełnej sekwencji kodowania do 156,3 THz dla poszczególnych pikseli, co daje 156,3 biliona klatek na sekundę.
Nazwane SCARF, co jest skrótem od swept-coded aperture real-time femtophotography, najnowocześniejsze urządzenie do obrazowania jest wystarczająco szybkie, aby uchwycić zjawiska takie jak przejściowa absorpcja w półprzewodniku i ultraszybkie rozmagnesowanie stopu metalu w jednym ujęciu.
Dla porównania, niektóre flagowe smartfony mogą nagrywać wideo z prędkością do 960 klatek na sekundę. Slow Mo Guys na YouTube nagrywają szybkie filmy z prędkością do 800 000 klatek na sekundę.
INRS wierzy, że nowy sprzęt do obrazowania pomoże poszerzyć granice wiedzy w wielu dziedzinach, w tym biologii, chemii, materiałoznawstwie, fizyce i inżynierii. Naukowcy twierdzą, że będzie on szczególnie przydatny 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 r. opracował T-CUP (skompresowaną ultraszybką fotografię z prędkością biliona klatek na sekundę). W oparciu o pasywne obrazowanie femtosekundowe, system ten był w stanie uchwycić 10 bilionów klatek na sekundę.
Do tej pory systemy szybkich kamer w większości przechwytywały klatki sekwencyjnie, jedna po drugiej, a następnie łączyły je w celu utworzenia sceny.
T-CUP był przełomowy, ale nie bez wad. Miguel Marquez, członek zespołu Jinyanga, powiedział, że systemy oparte na skompresowanej ultraszybkiej fotografii muszą zmagać się z pogorszoną jakością danych. Co więcej, muszą one również handlować sekwencyjną głębią pola widzenia.
“Ograniczenia te wynikają z zasady działania, która wymaga jednoczesnego ścinania sceny i zakodowanej przysłony” – zauważył Marquez.
Jak podkreśla INRS, SCARF pokonuje te wyzwania dzięki modalności obrazowania, która umożliwia “szybkie przesuwanie statycznej zakodowanej przysłony bez ścinania ultraszybkiego zjawiska”.
Co niewiarygodne, zespół stwierdził, że kamera została skonstruowana przy użyciu gotowych i pasywnych komponentów optycznych i nie jest wcale tak droga w budowie. W związku z tym dwie firmy – Few-Cycle i Axis Photonique – już współpracują z naukowcami, aby wprowadzić kamerę na rynek.
Badania zespołu zostały opublikowane w czasopiśmie Nature pod nagłówkiem “Swept coded aperture real-time femtophotography”.
