Вообще говоря, если вы хотите запечатлеть четкие изображения безумно быстрого движения, например, молекулярных взаимодействий или капель воды, вам понадобится очень дорогое оборудование. Исследователи разработали систему, построенную с использованием проекторной технологии, которая может значительно снизить затраты.

Исследовательская группа, состоящая из представителей Национального института научных исследований Канады (INRS), Университета Конкордия и компании MetaPlatforms, разработала новую камеру, способную снимать события за одну экспозицию со скоростью 4,8 миллиона кадров в секунду, с временным разрешением 0,37 микросекунды и глубиной последовательности 7 кадров».

С точки зрения производительности это не соответствует тому, что Калифорнийский технологический институт добился несколько лет назад, но технология DRUM построена с использованием готовых компонентов и стоит гораздо меньше коммерческих систем.

«Наша камера использует совершенно новый подход к высокоскоростной съемке», — сказал Цзиньян Лян из INRS. «Его скорость съемки и пространственное разрешение аналогичны коммерческим высокоскоростным камерам, но с использованием готовых компонентов он может стоить менее одной десятой стоимости современных сверхвысокоскоростных камер, стоимость которых начинается почти со 100 000 долларов».

В центре разработки находится новый метод временного стробирования, называемый изменяющейся во времени оптической дифракцией. В обычной камере заслонка в форме затвора контролирует количество света, попадающего на датчик. Временное стробирование предполагает быстрое открытие и закрытие двери несколько раз для захвата короткого высокоскоростного видео.

Команда предложила метод временного стробирования с использованием дифракции света, который включает в себя «быстрое изменение угла наклона периодических граней дифракционной решетки» для создания множества копий падающего света, движущихся в разных направлениях. Это эффективно стробирует кадры в разные моменты времени для создания очень коротких и сверхбыстрых видеороликов с замедленной съемкой.

«К счастью, этот тип сканирующей дифракционной двери можно создать нетрадиционным способом, используя цифровые микрозеркальные устройства (DMD), обычный оптический элемент, встречающийся в проекторах», — сказал Лян. «DMD производится серийно и не требует механического перемещения для изготовления производных дверей, что делает систему экономически эффективной и стабильной».

Камера Derivative Real-time Ultra-High Speed ​​Mapping (DRUM) способна снимать семь кадров на пленку. Многопрофильная группа проекта протестировала устройство, записав взаимодействие лазера с дистиллированной водой, «показав эволюцию плазменных каналов и развитие пузырьков в ответ на импульсный лазер».

Камера DRUM также фиксировала динамику пузырьков газированных напитков и взаимодействие между образцами клеток лука и ультракороткими лазерными импульсами. Работа по дальнейшему совершенствованию технологии продолжается, но исследователи видят потенциальное применение в биомедицине и автономных транспортных лидарных системах.

Статья о проекте опубликована в журнале Optica.