MIT: kamera filmująca z szybkością światła

Superszybka technika fotografowania nazwana została femtofotografią, a to z powodu czasu naświetlania pojedynczej klatki, który wynosi 1,71 pikosekundy. Skonstruowana przez MIT kamera w niczym jednak nie przypomina tradycyjnych kamer wideo. Stworzenie obrazu wymaga skomplikowanych obliczeń matematycznych.

Pamiętacie zapewne opisywaną przez nas kamerę Phantom, która kręci filmy w tempie miliona klatek na sekundę. Jednak w porównaniu z kamerą RED urządzenie skonstruowane przez doktora Andreasa Veltena i profesora Ramesha Raskara daje efekty jak z innego świata. Tempo rejestracji obrazu wynosi bowiem 1 000 000 000 000 klatek na sekundę.

Nowatorska kamera w niewielkim stopniu przypomina tradycyjną. Źródłem światła są pulsy lasera tytanowo-szafirowego (trwają one kilka femtosekund), a obraz rejestruje tak zwana kamera smugowa (streak camera). Znajomy jest jedynie obiektyw, taki jak te stosowane w lustrzankach.

Ze względu na zastosowany detektor światła, kamera rejestruje obraz jednowymiarowy (drugi wymiar nie jest przestrzenny, a czasowy). Oznacza to, że zarejestrowany film pokazuje tylko jedną linię obrazu. Aby powstało dwuwymiarowe wideo, takie do którego jesteśmy przyzwyczajeni, konieczne jest przesuwanie pola widzenia kamery. Pozwoli to rejestrować coraz to kolejne linie obrazu. Wygenerowanie kolejnych klatek wymaga skomplikowanych procedur matematycznych, ale, jak widać na ostatecznym obrazie, jest możliwe.

Nagrane przez MIT wideo liczy 480 klatek i przedstawia trwające około nanosekundy zjawisko. Jest to tak krótki czas, że widać jak wiązka światła przechodzi przez butelkę wypełnioną wodą i na końcu odbija się od nakrętki.

Taka technologia filmowania ma jeden minus. Obraz powstaje linia po linii, a za każdym razem fotografowana scena musi być miliony razy oświetlana promieniem lasera, aby możliwe było uzyskanie ostatecznie dwuwymiarowego obrazu. Film, który przypomina znane nam produkcje 2D, może dokumentować zatem tylko zjawiska, które da się powtórzyć.

Zebranie potrzebnych danych do stworzenia krótkiego kilkusekundowego wideo slow-motion, które pokazuje zjawisko trwające nanosekundy, zajmuje kilkadziesiąt minut. Z tego też powodu twórcy nazywają swoje dzieło „najwolniej działającą najszybszą kamerą” na świecie. Poniżej jeszcze jedna demonstracja działania kamery.

Hollywoodzkiej superprodukcji tak nie nakręcimy. Jednak urządzenie skonstruowane przez MIT doskonale przyda się w zastosowaniach naukowych do rejestracji rozchodzenia się wiązki fotonów. Pomoże to rozgryźć tajemnice zjawisk zachodzących w bardzo krótkiej skali czasowej, o których możemy nie mieć pojęcia. Kamera umożliwi wykrywanie defektów na powierzchni materiałów. W przyszłości niewykluczone jest także zastosowanie komercyjne w artystycznej fotografii.

Satysfakcjonująca zabawa z superszybką fotografią nie wymaga jednak wyprawy do MITu. Wystarczy aparat z trybem wideo o prędkości kilkuset klatek na sekundę. Jeśli macie taką cyfrówkę, warto spróbować nakręcić, np. spadającą kroplę wody, wyniki są spektakularne.
 

Więcej o kamerach wideo:

• Kamera Phantom kręci do miliona klatek na sekundę
• Canon C300: system Cinema EOS wchodzi do filmowej branży
• RED Scarlet-X: „tanie” filmy w rozdzielczości 4096 x 2160
• AMP: kamera nagrywająca wideo w HDR

Źródło: MIT, foto: MIT (M. Scott Brauer)