世界上最快的相机：每秒可以拍摄156.3万亿帧

发布者：不是知青 2024-3-29 11:19

研究人员已经开发出一种新的超快相机系统，可以以每秒156.3万亿帧(FPS)的速度记录惊人的精确图像。相比之下，专业电影摄像机的FPS率只高达数千。

这项技术是由加拿大国家科学研究所(INRS)研究中心Énergie的一组研究人员开发的。

SCARF是扫描编码孔径实时飞像技术，是一种可以记录金属合金的超快速退磁和半导体中的瞬态吸收的新技术。

研究人员声称，这项新技术将有利于当前物理学、生物学、化学、材料科学、工程学和其他学科的进步。

被誉为超快成像先驱的中国科学院应用计算成像实验室科学主任梁金阳教授在2018年取得了重大进展，为SCRAF的发展奠定了基础。

到目前为止，超高速相机系统所采用的主要方法是每次拍摄一个单独的帧。他们会采取快速、重复的测量来收集数据，然后将所有数据汇编成一部重现他们所看到的运动的电影。

根据研究人员的说法，这种方法将它们限制在惰性材料或每次以相同方式发生的事件上。这种限制使得该方法不适用于观察易碎样品，不可重复的事件或在超快速度下发生的现象。梁教授在一份声明中说:“例如，飞秒激光烧蚀、冲击波与活细胞的相互作用以及光学混沌等现象都不能用这种方法研究。”

梁教授最初的工具部分填补了这一空白。基于被动飞秒成像，T-CUP(每秒万亿帧压缩超快摄影)系统能够每秒捕获10万亿(1013)帧，标志着向超快、实时、单镜头成像的重大进步。

为了推进这项技术，该团队着手解决与梁教授的工具相关的许多限制。“许多基于压缩超快摄影的系统必须应对数据质量下降的问题，并且必须牺牲视场的序列深度。这些限制是由于操作原理，它需要同时剪切场景和编码孔径，”博士后Miguel Marquez解释说，他是该研究的第一作者之一。

SCARF绕过了这些障碍。它的成像方式不剪切超快现象，允许超快扫描一个静态编码孔径。

SCARF通过启动一个“啁啾”的超短激光脉冲来工作，该脉冲穿过被观察的对象。将光概念化为类似于彩虹的光谱:最初，红色波长截取事件，然后是橙色，黄色，并沿着光谱延伸到紫色。由于事件的快速，每个后续的“颜色”都以不同的状态捕获它，使脉冲能够在非常短的时间内封装整个转换。

根据该团队的说法，这使得使用电荷耦合器件(CCD)的相机上的单个像素可以接收到高达156.3太赫兹的全序列编码速度。这些结果可以在反射和传输模式下实现，只需一次通过即可调整帧速率和空间尺度。

SCARF将允许观察罕见的现象，如活细胞或物质中的冲击波力学，这些现象是超快的，不可重复的，或难以复制的。这些观察结果有助于开发更有效的药物和医疗干预措施。

梁教授的团队目前正在与两家企业Axis Photonique和Few-Cycle合作，开发他们正在申请专利的技术的商业可行版本。

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