Dünyanın en hızlısı: Bu kamera saniyede 156,3 trilyon kare çekebiliyor

[™ Admin]

Dünyanın en hızlısı: Bu kamera saniyede 156,3 trilyon kare çekebiliyor

Araştırmacılar, saniyede 156,3 trilyon kareye (fps) kadar şaşırtıcı derecede hassas görüntüler kaydedebilen yeni bir ultra hızlı kamera sistemi geliştirdiler. Buna karşılık, profesyonel sinema kameraları binlerce FPS oranına sahiptir.

Teknoloji, Kanada'daki Ulusal Araştırma Enstitüsü (INRS) Araştırma Merkezi'ndeki Énergie Matériaux Télécommunications'taki bir araştırmacı ekibi tarafından geliştirildi.

SCARF, süpürülmüş kodlanmış açıklıklı gerçek zamanlı femtofotografi anlamına gelir, bir metal alaşımının ultra hızlı demanyetizasyonunu ve bir yarı iletkendeki geçici absorpsiyonu kaydedebilen yeni bir teknolojidir.

Araştırmacılar, yeni teknolojinin mevcut fizik, biyoloji, kimya, malzeme bilimi, mühendislik ve diğer konulardaki ilerlemelere fayda sağlayacağını iddia ediyor.
Ekibin çalışmasının ayrıntıları Nature Communications dergisinde yayınlandı.

Gelişmiş ultra hızlı görüntüleme

SCRAF'ın temelleri, dünya çapında ultra hızlı görüntülemenin öncüsü olarak bilinen INRS Uygulamalı Hesaplamalı Görüntüleme Laboratuvarı'nın bilimsel başkanı Profesör Jinyang Liang'ın 2018 yılında önemli bir ilerleme kaydetmesiyle atıldı.

Şu ana kadar ultra hızlı kamera sistemlerinin kullandığı temel yöntem, tek tek kareleri teker teker almaktı. Veri toplamak için hızlı, tekrarlayan ölçümler alıyor ve ardından her şeyi, gördükleri hareketi yeniden yaratan bir filmde derliyorlardı.

Araştırmacılara göre bu yöntem onları inert malzemelerle veya her seferinde aynı şekilde gerçekleşen olaylarla sınırlıyordu. Bu sınırlama, yaklaşımı hassas örneklerin, tekrarlanamayan olayların veya ultra yüksek hızlarda meydana gelen olayların gözlemlenmesi için uygunsuz hale getirdi. Profesör Liang, yaptığı açıklamada, "Örneğin, femtosaniye lazer ablasyonu, canlı hücrelerle şok dalgası etkileşimi ve optik kaos gibi olaylar bu şekilde incelenemez" dedi.

Bu boşluk kısmen Profesör Liang'ın ilk aracıyla dolduruldu. Pasif femtosaniye görüntülemeyi temel alan T-CUP (Saniyede trilyon kare sıkıştırılmış ultra hızlı fotoğrafçılık) sistemi, saniyede on trilyon (1013) kare yakalamayı başardı; bu da ultra hızlı, gerçek zamanlı, tek çekime doğru önemli bir ilerlemeye işaret ediyor görüntüleme.

Sayısız potansiyel uygulama

Teknolojiyi ilerletmeyi amaçlayan ekip, Profesör Liang'ın aracıyla ilgili birçok sınırlamayı çözmek için yola çıktı. "Sıkıştırılmış ultra hızlı fotoğrafçılığa dayalı birçok sistem, düşük veri kalitesiyle başa çıkmak ve görüş alanının sekans derinliğini değiştirmek zorunda kalıyor. Bu sınırlamalar, sahnenin ve kodlanmış açıklığın aynı anda kesilmesini gerektiren çalışma prensibine atfedilebilir," diye açıkladı doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın ilk yazarlarından Miguel Marquez.

SCARF bu engellerin üstesinden gelir. Görüntüleme yöntemi, ultra hızlı fenomeni kesmez ve statik kodlu bir açıklığın ultra hızlı taranmasına olanak tanır.

SCARF, gözlem altındaki nesnenin içinden geçen "cıvıl cıvıl" ultra kısa bir lazer darbesi başlatarak çalışır. Işığı gökkuşağına benzer bir spektrum olarak kavramsallaştırın: Başlangıçta, kırmızı dalga boyları olayı keser, bunu turuncu, sarı takip eder ve spektrumu menekşe rengine kadar uzatır. Olayın hızlı olması nedeniyle, birbirini takip eden her bir “renk” onu farklı bir durumda yakalayarak, darbenin tüm dönüşümü olağanüstü derecede kısa bir zaman diliminde kapsamasını sağlar.

Ekibe göre bu, şarj bağlantılı bir cihaz (CCD) kullanan bir kameradaki bireysel piksellerin 156,3 THz'e kadar tam sıralı kodlama hızları almasına olanak tanıyor. Bu sonuçlara, ayarlanabilir kare hızlarında ve uzaysal ölçeklerde yalnızca tek bir geçişte hem yansıma hem de iletim modlarında ulaşılabilir.

SCARF, canlı hücrelerdeki şok dalgası mekaniği veya ultra hızlı, tekrarlanamayan veya kopyalanması zor olan maddeler gibi nadir olayların gözlemlenmesine olanak tanıyacak. Bu gözlemler daha etkili ilaçların ve tıbbi müdahalelerin geliştirilmesine yardımcı olabilir.

Profesör Liang'ın ekibi şu anda patent bekleyen teknolojilerinin ticari olarak uygun bir versiyonunu geliştirmek için Axis Photonique ve Few-Cycle adlı iki işletmeyle işbirliği yapıyor.

Çalışma Özeti

Tek çekimli gerçek zamanlı femtofotografi, ultra hızlı dinamiklerin ortaya çıktığı zamanlarda görüntülenmesi için vazgeçilmezdir. Geleneksel çoklu çekim yaklaşımlarına göre avantajlarına rağmen, mevcut teknikler, sınırlı görüntüleme hızıyla veya konuşlandırılmış optoelektronik cihazlar nedeniyle bozulmuş veri kalitesiyle karşı karşıya kalıyor ve uygulama kapsamı ve edinim doğruluğu konusunda zorluklarla karşılaşıyor. Ayrıca algılama modellerinin dayattığı edinilebilir bilgilerdeki sınırlamalar nedeniyle de engellenmektedir. Burada, süpürülmüş kodlu açıklıklı gerçek zamanlı femtofotografiyi (SCARF) geliştirerek bu zorlukların üstesinden geliyoruz.

Bu hesaplamalı görüntüleme yöntemi, ultra hızlı bir olayın kaydı sırasında statik kodlu bir açıklığın tamamen optik olarak ultra hızlı taranmasını sağlar ve bir CCD kameradaki her piksele 156,3 THz'e kadar tam sıralı kodlama sağlar. SCARF'ın hem yansıma hem de iletim modlarında ayarlanabilir kare hızlarında ve uzaysal ölçeklerde tek çekimde ultra hızlı görüntüleme yeteneğini gösteriyoruz. SCARF'ı kullanarak, bir yarı iletkende ultra hızlı emilimi ve bir metal alaşımının ultra hızlı demanyetizasyonunu görüntüliyoruz.

Kaynak: Interesting Engineering