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超快相機每秒可拍攝1萬億張透明物體和現象

一年多以前,加州理工學院的王力宏開發了世界上最快的相機,該設備每秒可拍攝10萬億張照片。它是如此之快以至于它甚至可以捕獲以慢速傳播的光線。

但是有時候僅僅快是不夠的。實際上,即使最快的相機也無法拍攝看不見的東西。為此,布倫醫學工程和電氣工程學教授王先生開發了一種新相機,該相機每秒可拍攝多達1萬億張透明物體的照片。1月17日的《科學進展》雜志刊登了有關相機的論文。

Wang稱其為相敏壓縮超快速攝影(pCUP)的攝像頭技術不僅可以拍攝透明物體的視頻,而且還可以拍攝諸如沖擊波之類的短暫事物甚至可能通過神經元傳播的信號。

Wang解釋說,他的新成像系統將他先前開發的高速攝影系統與舊技術相襯顯微鏡相結合,該技術旨在更好地成像大多數透明的物體(例如大部分是水的細胞)。

相襯顯微鏡是近100年前由荷蘭物理學家Frits Zernike發明的,它利用光波進入不同材料時變慢并加速的方式來工作。例如,如果光束穿過一塊玻璃,它將在進入玻璃時變慢,然后在離開玻璃時再次加速。那些速度的變化改變了波浪的時間。通過使用一些光學技巧,可以將穿過玻璃的光與沒有穿過玻璃的光區分開,盡管玻璃是透明的,但變得更容易看清。

Wang說:“我們所做的是適應標準相襯顯微鏡,以便提供非常快速的成像,這使我們能夠在透明材料中成像超快現象。”

系統的快速成像部分由Wang稱為無損編碼壓縮超快技術(LLE-CUP)的部分組成。與大多數其他超快速視頻成像技術不同,它們會在重復事件時連續拍攝一系列圖像,而LLE-CUP系統則拍攝一張照片,捕獲拍攝完成期間發生的所有運動。由于單張拍攝比多張拍攝要快得多,因此LLE-CUP能夠捕獲運動,例如光線本身的運動,這種運動太快了,無法被更典型的相機技術成像。

在新論文中,Wang和他的研究人員通過成像沖擊波在水中的傳播以及穿過一塊晶體材料的激光脈沖的傳播,展示了pCUP的功能。

王說,盡管這項技術還處于發展初期,但最終可能會在許多領域得到應用,包括物理,生物學或化學。

Wang說:“當信號通過神經元傳播時,我們希望看到神經纖維有微小的擴張。如果我們有神經元網絡,也許我們可以實時看到它們的通訊。”此外,他說,由于已知溫度會改變相襯,因此該系統“可以成像火焰前沿如何在燃燒室中擴散”。

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