视频:每秒万亿帧的相机捕捉光子在太空中移动

麻省理工学院

在 PopSci,我们热爱超高速相机和超慢动作视频,所以当听到麻省理工学院的研究人员制造出一种视觉捕获率达到 每秒一万亿帧 的相机时,你可以想象我们的喜悦。这速度足以让您在下面的视频中看到光子在一升瓶子长度的传播过程。换句话说,宇宙中没有任何事物对这款相机来说会显得很快。

但这并非像按下“录制”按钮那么简单。该装置被构建为一种“扫描相机”,这是一项相当新的创新,相机光圈是一个狭窄的缝隙。光子通过缝隙进入,并通过电场被大约偏转90度,使其朝向与缝隙垂直的方向传播。在此期间,电场形状会快速变化,比早期到达的光子更急迫地将后期到达的光子推向传感器。

结果是捕获了一个非常快速的帧,但从空间上看,它至少是一维的。您有一个对应于狭缝方向的一维,以及由电场偏转程度决定的第二个维度。因此,第二个维度不是空间维度,而是时间维度。从视觉上看,这意味着您只能看到一个狭窄空间切片的一维视图。

M. Scott Brauer via MIT News

那么他们是如何生成下面的二维视频的呢?(请注意:观看视频,他们会进行解释。)他们拍摄大量的一维图像,然后将它们拼接在一起。为了收集每秒一万亿帧的视频,您必须拍摄一个完全可重复的事件。这是因为为了创建二维慢动作视频,研究人员必须一次又一次地重新定位相机,以构建他们拍摄场景的完整图像。为了拍摄光线穿过一个两升瓶子的视频,研究人员不得不花费一个小时来收集图像,然后使用他们专门为此任务开发的算法,将所有一维图像拼接成一个单一的二维视频。

换句话说,世界上最快的视频相机也是非常慢的,因为它必须先累积数十万个数据集,才能拼凑出下面场景的短视频。但考虑到它还能让您观察到光子在空间中的移动,这算是一个相当不错的权衡。

MIT News

 

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