慢動作相機能取多快的景?光線傳播都能拍清楚
能用相機捕捉光線是怎樣傳播的嗎?MIT研究人員開發一款相機,它可以做到,研究人員還制作了影片,每一幀的曝光時間約為1.71皮秒。MIT多媒體實驗室...
能用相機捕捉光線是怎樣傳播的嗎?MIT研究人員開發一款相機,它可以做到,研究人員還制作了影片,每一幀的曝光時間約為1.71皮秒。
MIT多媒體實驗室相機文化(Camera Culture)團隊開發一款超快相機,有了它我們可以看到光線是怎樣傳播的。每一幀的有效曝光時間只有2萬億分之一秒,研究人員用它合成光線移動的可視化圖像,幀速率約為每秒5000億幀。要用如此高的幀速率捕捉反射光和直射光,并且擁有充足的亮度幾乎是不可能的事。
研究人員使用了間接頻閃觀測法,該方法可以適時進行多視點掃描,重復測量幾百萬次并記錄結果。然后研究人用會對數據重新排列,制作成“影片”,顯示納秒(1納秒等于十億分之一秒)事件是如何進行的。
MIT多媒體實驗室相機文化團隊與MIT化學系Bawendi實驗室合作開發這套設備。研究人員將激光脈沖的持續時間控制在1萬億分之一秒之內,激光脈沖用作閃光,光線從場景返回,被相機捕捉收集,收集時的幀帶率約為5000億fps。由于曝光時間非常短(約為2萬億分之一秒),相機的視野狹窄,研究人員只能在幾分鐘之內通過重復定期抽樣的方法獲得視頻。
研究人員管這種新技術叫作Femto Photography,新系統使用了飛秒激光照明技術、皮秒精準探測器、數學重建技術。1飛秒相當于1秒的一千萬億分之一,1皮秒相當于1千飛秒。光源是鈦寶石激光,每隔13納米它就會發射脈沖。
脈沖照亮場景,觸發精準度高達皮秒的掃描管,掃描管會捕捉從場景返回的光線。超快掃描照相機在水平方向擁有較佳的可視角度,但是在垂直方向可視角度很窄,只相當于一個掃描行。
在每一次錄制中,研究人員可以記錄超窄視野1D影片。在制作的影片中,研究人錄制了大約480幀,每一幀的曝光時間約為1.71皮秒。
研究人員用一套鏡片系統將相機視線對準目標物的不同部分,為每一個視角拍攝影片。在激光脈沖發射與電影開始之間會設定固定的延遲時間。接下來,算法會用捕捉的數據合成一部2D影片。
新技術可以應用于藝術和教育領域,可以用來制作工業圖像,分析故障和材料屬性,可以制作科學圖像,理解超快過程,還可以制作醫療圖像,重構次表面元素。
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