足以看光旅行:超快相机电影3-D电影,每秒1000亿帧

超快相机激光

一段显示激光脉冲通过激光散射介质并从反射表面反弹的三维视频。信贷:加州理工学院

为了让世界看到更快的相机,加州理工学院的王力宏(音译)开发了一种可以达到每秒70万亿帧速度的技术,快到足以看到光的传播。就像你手机里的摄像头一样,它只能产生平面图像。

现在,王的实验室又向前迈进了一步,发明了一种摄像机,不仅能以令人难以置信的速度记录视频,而且还能以三维形式记录视频。Andrew and Peggy Cherng医学工程系医学工程和电气工程布伦教授Wang在杂志上的一篇新论文中描述了这种设备自然通讯

这款新相机采用了与王健林的其他压缩超高速摄影(CUP)相机相同的底层技术,每秒拍摄帧数可达1000亿帧。这一速度足以在你眨眼的时间内拍摄100亿张照片,比世界上所有人口拍摄的照片还要多。

王称这一新版本为“单镜头立体偏振压缩超快摄影”,简称SP-CUP。

在CUP技术中,一个视频的所有帧都在一个动作中被捕获,而不重复该事件。这使得一个CUP相机非常快(一个好的手机相机每秒可以拍摄60帧)。王通过使相机“看”更像人类,为这张超高速图像添加了三维空间。

当一个人看他们周围的世界时,他们觉得有些物体离他们近一些,有些物体离他们远一些。这样的深度感知是可能的,因为我们的两只眼睛,每只眼睛观察物体和他们的环境从一个略微不同的角度。来自这两幅图像的信息被大脑合并成一幅3d图像。

Wang说,SP-CUP相机的工作原理基本相同。

“现在的相机是立体的,”他说。“我们有一个镜头,但它的功能是作为两个半,提供了两个视角偏移。两个通道模仿我们的眼睛。”

就像我们的大脑处理从眼睛接收到的信号一样,运行SP-CUP摄像机的电脑将这两个通道的数据处理成一个三维电影。

SP-CUP还有另一项人类不具备的创新:能够看到光波的偏振。

光的偏振是指光波传播时振动的方向。以吉他弦为例。如果弦被向上拉(比如用手指)然后松开,弦就会垂直振动。如果手指横向拨动弦,弦就会水平振动。普通的光具有向各个方向振动的波。然而,偏振光被改变了,所以它的波都朝着同一个方向振动。这可以通过自然的方式发生,如光从表面反射,或作为人工操作的结果,如偏振滤光片发生。

虽然我们的眼睛不能直接探测到光的偏振,但这一现象已经被广泛应用:从液晶显示屏到偏光太阳镜和光学相机镜头,再到探测材料中隐藏的应力和分子的三维结构的设备。

王说,SP-CUP将高速三维图像和偏振信息的利用结合起来,使其成为一个强大的工具,可能适用于各种各样的科学问题。他特别希望它能帮助研究人员更好地理解声致发光的物理现象,声致发光是一种声波在水或其他液体中产生微小气泡的现象。当气泡形成后迅速坍塌时,它们会发出一束光。

“一些人认为这是物理学中最大的谜团之一,”他说。“当一个气泡崩溃时,它的内部温度达到很高,从而产生光。这一切发生的过程非常神秘,因为一切都发生得如此之快,我们想知道我们的相机能否帮我们弄清楚。”

参考文献:梁金阳、王鹏、朱立仁、王立红V.“用于皮秒分辨率的高维光学瞬态光速观测的单镜头立体偏振压缩超快摄影”,2020年10月16日,自然通讯
DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 19065 - 5

描述这项工作的论文,标题为“用皮秒分辨率的高维光学瞬态的光速观测的单镜头立体偏振压缩超快摄影”,发表在10月16日的《科学》杂志上自然通讯.合著者是梁金阳,以前在加州理工学院,现在在魁北克国家科学研究院;医学工程博士后;朱立仁(音译)曾是王氏实验室的研究生。

这项研究的资金是由美国国立卫生研究院提供的。

1评论关于“足以看光旅行:超快摄像机电影”——每秒1000亿帧的3d电影

  1. Michael G奥古斯都|2020年10月20日下午2:49分|回复

    我要去检查一下。我确实理解了我所读到的。你们这些作家把它写得让普通人(我)都能理解。我的朋友,说了很多。我把这个新知识传授给了我的妻子和孩子。(胸部鼓鼓的)。

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