Сверхскоростная камера за копейки: 5 млн кадров в секунду из деталей проектора

Представьте себе интернациональную команду: специалисты из Канадского национального научно-исследовательского института, Университета Конкордия и даже ребята из Meta. Вместе они создали камеру, которая снимает со скоростью 4,8 миллиона кадров в секунду. Её временное разрешение — невероятные 0,37 микросекунды, и она может «выдать» последовательность из семи кадров за один снимок.

Это не абсолютный рекорд скорости в мире. Но здесь фишка в другом! Система под названием DRUM собрана из готовых, серийных компонентов. Её стоимость — лишь малая часть от цены коммерческих сверхскоростных камер. Другими словами, высокоскоростная съемка только что стала намного доступнее. Интересно, сколько таких лабораторий вздохнут с облегчением?

«Мы придумали принципиально новый подход, — объясняет Цзиньян Лян из INRS. — По скорости и разрешению наша разработка не уступает дорогим аналогам, но её компоненты, вероятно, обойдутся меньше, чем в десять раз дешевле». А это значит, что вместо $100 000 можно уложиться в гораздо более скромную сумму. Неплохой рывок, правда?

Вся магия кроется в новом методе «временного стробирования». Если совсем просто: нужно не просто открыть и закрыть затвор, а сделать это очень много раз за мгновение, чтобы поймать каждый микро-момент. Обычные механические затворы для такой виртуозности не годятся.

Команда Ляна нашла элегантное решение, используя… дифракцию света. Они заставили свет дробиться на множество «копий», которые летят в разные стороны с микронными задержками. Каждая такая копия — это, по сути, отдельный кадр будущего сверхкороткого видео. Гениально и красиво.

«Самое приятное, что такой дифракционный затвор можно реализовать с помощью цифрового микрозеркального устройства — той самой штуки, что стоит в каждом цифровом проекторе, — отмечают исследователи. — DMD производятся миллионами, им не нужны хрупкие механические движения, поэтому система получается и дешевой, и очень стабильной». Кто бы мог подумать, что сердце офисного проектора таит в себе такие возможности?

Итак, представляем: камера DRUM (Diffractive-gating Real-time Ultrafast Mapping). Она снимает эти семикадровые мини-фильмы невероятно быстро. В испытаниях ей удалось запечатлеть, как лазерный импульс взаимодействует с водой — от возникновения плазменного канала до рождения и роста пузыря.

Она ловила динамику пузырьков в газировке и то, как клетка лука реагирует на сверхкороткий лазерный луч. Работа, конечно, продолжается. Но уже сейчас ясно: у технологии огромный потенциал. От биомедицинских исследований, где нужно видеть реакции клеток, до систем LiDAR для беспилотных автомобилей. Мир сверхбыстрого только что стал намного ближе к обычным лабораториям.