Phát triển hệ thống máy ảnh chụp ảnh '5D'

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã phát triển một hệ thống máy ảnh thử nghiệm có thể chụp đồng thời năm chiều thông tin từ một ảnh chụp nhanh duy nhất. Khái niệm hoạt động bằng cách kết hợp hai loại cảm biến với nhau để thu thập nhiều thông tin cùng một lúc.

Các nhà nghiên cứu nói rằng để quan sát và hiểu rõ hơn các cảnh động không thể lặp lại hoặc không thể đảo ngược, điều quan trọng đối với hình ảnh quang học cực nhanh là có thể chụp được cấu trúc của một vật thể, sự tiến hóa theo thời gian và thành phần quang phổ của nó. Tuy nhiên, những người phát triển hệ thống mới đã dựa vào một bức tường, vì trước khi phát triển, không máy ảnh nào có thể đồng thời ghi lại thông tin năm chiều không gian, thời gian và quang phổ của các cảnh động.

Các nhà nghiên cứu cho biết trong phần tóm tắt của bài nghiên cứu: “Để phá vỡ giới hạn của các kỹ thuật hiện có về kích thước hình ảnh, chúng tôi phát triển kỹ thuật chụp ảnh siêu nhanh nén thể tích phổ (SV-CUP).

Cấu hình và nguyên lý của SV-CUP. (a) Cấu hình hệ thống của SV-CUP: M1 và M2, gương; ED, bộ khuếch tán thiết kế; DS, cảnh động; CL, ống kính máy ảnh; BS1 và BS2, bộ tách chùm (phản xạ / truyền: 50/50); F1 và F2, bộ lọc; G, cách tử nhiễu xạ; L1 và L2, thấu kính; DMD, thiết bị micromirror kỹ thuật số; CMOS, máy ảnh bán dẫn oxit kim loại bổ sung; và SC1 và SC2, camera vệt. (b) Nguyên lý làm việc của SV-CUP: C, toán tử mã hóa không gian; T, toán tử cắt theo thời gian; K, toán tử tích hợp không gian-thời gian; S, toán tử cắt quang phổ; và M, toán tử tích phân không gian – thời gian – phổ.

Việc tổng hợp nghiên cứu của nhóm sang ngôn ngữ dễ hiểu không phải là điều đặc biệt dễ dàng. Tuy nhiên, về cơ bản, các nhà nghiên cứu đã ghép nối một máy ảnh “vệt” thời gian bay siêu nhanh (được gọi là CUP hoặc Compressed UltraFast Photography) với một máy ảnh CUP thu nhận bước sóng (màu do một vật thể phát ra) thay vì z kích thước. Bằng cách kết hợp những thứ này, nhóm có thể chụp ba chiều trong không gian (x, y, z) cộng với chiều thời gian (t) cộng với bước sóng / màu sắc của chiều ánh sáng (lambda) tất cả trong một ảnh chụp nhanh.

“Thông tin 3D (x, y, z) trong ToF-CUP được kết hợp với thông tin 4D (x, y, t, λ) trong HCUP và tạo thành thông tin 5D (x, y, z, t, λ) bằng cách xử lý hình ảnh.

Máy ảnh SV-CUP dường như là sự cải tiến của chiếc PetaPixel’s DL Cade được bảo hành vào tháng 5 năm 2020, có thể quay 70 nghìn tỷ khung hình mỗi giây . Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu kết hợp hai máy ảnh CUP, hoạt động đồng thời, để thu thập thông tin không gian, thời gian và bước sóng và hợp nhất hai đầu ra thành một đầu ra 5D cuối cùng.

Nhóm nghiên cứu viết: “SV-CUP của chúng tôi mang đến khả năng phát hiện chưa từng có cho các cảnh động, có triển vọng ứng dụng quan trọng trong nghiên cứu cơ bản và khoa học ứng dụng.

Theo ghi nhận của Spie , các hệ thống như thế này với khả năng ghi lại các cảnh động trên một pico giây (một phần nghìn tỷ giây) – hoặc thậm chí là một phần nghìn giây (một phần tư giây) – thang thời gian mang lại cho các nhà vật lý, hóa học và sinh học một cách để có được hình ảnh quang học đa chiều cực nhanh có thể được sử dụng để phát hiện các hiện tượng cực nhanh. Mặc dù hệ thống cụ thể này không thể ghi lại nhanh như vậy – nó dường như đang hoạt động với tốc độ khoảng hai pico giây – số kích thước mà nó có thể chụp cùng lúc ở tốc độ đó có thể sẽ rất hữu ích đối với một số nhà khoa học nhất định.