要捕捉快速運(yùn)動(dòng)的清晰圖像，比如落下的水滴或分子相互作用，需每秒可采集數(shù)百萬張圖像的超快相機(jī)，這種相機(jī)非常昂貴。在最新發(fā)表于《光學(xué)》雜志的一篇論文中，加拿大科學(xué)家開發(fā)出一種新型相機(jī)，能以更便宜的方式來實(shí)現(xiàn)超快成像，適用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)藥物輸送、自動(dòng)駕駛的高速激光雷達(dá)系統(tǒng)等多種應(yīng)用。
研究人員開發(fā)出一種DRUM相機(jī)，能以每秒480萬幀的速度在單次曝光中捕捉動(dòng)態(tài)事件。
圖片來源：加拿大國家科學(xué)研究所
加拿大國家科學(xué)研究所、康科迪亞大學(xué)和元宇宙平臺(tái)公司聯(lián)合研制的這種新型衍射門控實(shí)時(shí)超高速測(cè)繪（DRUM）相機(jī)，可捕獲每秒480萬幀的單次曝光動(dòng)態(tài)事件。他們通過對(duì)飛秒激光脈沖與生物樣品中的液體相互作用以及激光燒蝕的快速動(dòng)態(tài)進(jìn)行成像，展示了這種能力。
研究人員開發(fā)了一種新的時(shí)間選通方法，稱為時(shí)變光學(xué)衍射。相機(jī)使用門來控制光線何時(shí)照射到傳感器。在時(shí)間選通中，傳感器讀出圖像之前，門會(huì)快速連續(xù)打開和關(guān)閉一定次數(shù)。這會(huì)捕捉一個(gè)場(chǎng)景的高速短片。
考慮到光的時(shí)空二象性，研究人員想出了如何利用光衍射來完成時(shí)間選通。快速改變衍射光柵上周期性面的傾斜角度，可生成沿不同方向傳播的入射光的多個(gè)副本，提供一種掃描不同空間位置以在不同時(shí)間點(diǎn)排除幀的方法。然后可將這些幀組合在一起形成一部超快的電影。
研究人員使用數(shù)字微鏡器件以非常規(guī)方式完成了這種類型的掃描衍射門。他們創(chuàng)建了一個(gè)序列深度為7幀的DRUM攝像機(jī)，并用它記錄了激光與蒸餾水的相互作用。
新相機(jī)的成像速度和空間分辨率與商用高速相機(jī)相似，但它使用了現(xiàn)成的組件，成本不到當(dāng)今超快相機(jī)的1/10，而超快相機(jī)的起價(jià)接近10萬美元。
