世界上速度最快的相机每秒可拍摄156.3万亿帧图像
加拿大能源材料电信研究中心(INRS Énergie Matériaux Télécommunications Research Centre)的工程师们研制出了世界上最快的照相机,其拍摄速度达到了惊人的每秒 156.3万亿 帧(fps)。

世界上最快的相机 SCARF 的图解。啁啾脉冲光捕捉到一个超快事件--苹果被子弹击穿--然后进入系统处理成图像
最好的手机慢动作摄像机通常使用几百帧/秒的速度。专业的电影摄像机可能会使用几千帧,以达到更流畅的效果。但如果你想看到纳米尺度上发生的事情,就需要把速度降下来,达到每秒数十亿甚至数万亿帧。
据报道,这台新相机可以捕捉以飞秒为单位的事件--四万亿分之一秒。作为参考,1 秒钟内发生的事件与 3200 万年中的秒数相当。
研究人员以他们早在 2014 年就开发的技术为基础,该技术被称为压缩超快摄影(CUP),可以捕捉现在看来微不足道的1000 亿帧/秒。下一阶段被称为 T-CUP,T 代表"每秒万亿帧"--它确实能达到每秒 10 万亿帧的速度。到了 2020 年,该团队又将其提升到70 万 亿帧/秒,并推出了一个名为压缩超快光谱摄影(CUSP)的版本。
现在,研究人员又将其提高了一倍多,达到了令人难以置信的每秒 156.3 万亿帧。新的照相机系统被称为"扫频编码孔径实时飞秒照相术"(SCARF),它可以捕捉发生得太快的事件,即使是以前版本的技术也无法看到。这包括像冲击波穿过物质或活细胞这样的情况。

SCARF 的工作原理是首先发射一个"啁啾"超短脉冲激光,穿过被成像的事件或物体。如果把这种光想象成彩虹,那么红色波长的光将首先捕捉到事件,然后是橙色、黄色,最后是紫色。由于事件发生得太快,当每种"颜色"到达时,看起来都不一样,这样脉冲就能在极短的时间内捕捉到整个事件的变化。
然后,这个光脉冲经过一系列组件的聚焦、反射、衍射和编码,最后到达电荷耦合器件(CCD)相机的传感器。然后转换成数据,再由计算机重构成最终图像。
虽然我们普通人不太可能观看 SCARF 系统捕捉到的气球爆炸的高速视频,但研究人员表示,捕捉新的超快现象有助于改进物理学、生物学、化学、材料科学和工程学等领域。
这项研究发表在《自然通讯》杂志上。
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