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超快相机每秒可拍摄1万亿张透明物体和现象

导读 一年多以前,加州理工学院的王力宏开发了世界上最快的相机,该设备每秒可拍摄10万亿张照片。它是如此之快以至于它甚至可以捕获以慢速传播的...

一年多以前,加州理工学院的王力宏开发了世界上最快的相机,该设备每秒可拍摄10万亿张照片。它是如此之快以至于它甚至可以捕获以慢速传播的光线。

但是有时候仅仅快是不够的。实际上,即使最快的相机也无法拍摄看不见的东西。为此,布伦医学工程和电气工程学教授王先生开发了一种新相机,该相机每秒可拍摄多达1万亿张透明物体的照片。1月17日的《科学进展》杂志刊登了有关相机的论文。

Wang称其为相敏压缩超快速摄影(pCUP)的摄像头技术不仅可以拍摄透明物体的视频,而且还可以拍摄诸如冲击波之类的短暂事物甚至可能通过神经元传播的信号。

Wang解释说,他的新成像系统将他先前开发的高速摄影系统与旧技术相衬显微镜相结合,该技术旨在更好地成像大多数透明的物体(例如大部分是水的细胞)。

相衬显微镜是近100年前由荷兰物理学家Frits Zernike发明的,它利用光波进入不同材料时变慢并加速的方式来工作。例如,如果光束穿过一块玻璃,它将在进入玻璃时变慢,然后在离开玻璃时再次加速。那些速度的变化改变了波浪的时间。通过使用一些光学技巧,可以将穿过玻璃的光与没有穿过玻璃的光区分开,尽管玻璃是透明的,但变得更容易看清。

Wang说:“我们所做的是适应标准相衬显微镜,以便提供非常快速的成像,这使我们能够在透明材料中成像超快现象。”

系统的快速成像部分由Wang称为无损编码压缩超快技术(LLE-CUP)的部分组成。与大多数其他超快速视频成像技术不同,它们会在重复事件时连续拍摄一系列图像,而LLE-CUP系统则拍摄一张照片,捕获拍摄完成期间发生的所有运动。由于单张拍摄比多张拍摄要快得多,因此LLE-CUP能够捕获运动,例如光线本身的运动,这种运动太快了,无法被更典型的相机技术成像。

在新论文中,Wang和他的研究人员通过成像冲击波在水中的传播以及穿过一块晶体材料的激光脉冲的传播,展示了pCUP的功能。

王说,尽管这项技术还处于发展初期,但最终可能会在许多领域得到应用,包括物理,生物学或化学。

Wang说:“当信号通过神经元传播时,我们希望看到神经纤维有微小的扩张。如果我们有神经元网络,也许我们可以实时看到它们的通讯。”此外,他说,由于已知温度会改变相衬,因此该系统“可以成像火焰前沿如何在燃烧室中扩散”。

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