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速度最快的数码照相机
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美国《探索》杂志报道,光学研究人员发明了一种利用红外激光器反射物体上的光线的照相机,他们表示,这项发明将使摄影爱好者不再有技术差异。他们发明的这种照相机,一秒钟内可拍摄610万张照片,快门速度是四点四亿兆分之一秒。在这段时间里,光仅能前进不到一厘米。论文联合作者本田惠介(Keisuke Goda)说:“这是世界上速度最快的照相机。”

常规数码相机是利用电荷耦合器(CCD)拍照。电荷耦合器里的半导体芯片在与光线发生反应时,会产生电子。电子读出芯片上的内容后,把它们转变成电子信号,然后通过电子放大,把这些信号编码成数码图像。但是常规数码相机的这个过程存在很大限制。最好的传统相机的最大相速大约是每秒30帧.而最先进的科学仪器大约可以达到每秒100万帧。但对本田惠介和他的同事们来说,这种速度还不够高。

为了制造这种连续时间编码放大显微镜照相机,这些研究人员发射一束红外激光,来扩大光脉冲,形成光谱图像。这项研究结果发表在《自然》杂志上。通过视频进行演示,解释了STEAM是如何产生作用的。然后这些研究人员把这种光线照在他们想拍照的物体上。这意味着物体的不同部位被不同波长的光照亮。发射光经过一个特殊的纤维光学电缆,使不同波长的光以不同速度传输。波长较长的光走在前面,而波长较短的光则落在后面。光束被放大后,由一个光电探测器读出来。这个光电探测器记录每种波长的光的到达时间,这简单数据将被用来重新修改物体的图像。

人们可以利用这种照相机研究燃烧、激光切割和任何改变迅速及无法预测的系统。本田惠介说:“我认为以后每个科学家都会利用这种照相机。”

 

该相机的工作原理是:用一束激光照在物体上,每一个像素点都被不同红外频率的激光照着,以此来优化放大在其他情况下太弱而看不见的信号。

 

“我们发明了一种新型的照相技术,解决了在灵敏度和速度之间的限制,”加州大学洛杉矶分校的光电专家Keisuke Goda说,“这是世界上最快的照相机。”

 

高的快门速度能使移动的物体被清晰地捕捉下来。照相机快门打开需要的时间越少,物体移动的也就也少。但这会带来另一个问题:进入照相机的光线更少,以至于不能感光。这也是为什么体育摄影师们都使用大功率闪光灯的原因。

 

其他的一些改善这个问题的工作包括在传统胶卷上使用超灵敏的化学感光物质,或者对数码相机的光电传感器捕捉到的信号进行放大。但是胶卷被它自身的范围所限制,数码相机也一样。当达到Goda的这个相机的速度时,已经没有足够的光来放大了。

 

“这个相机内置了一个光学图像放大器,解决了灵敏度和拍照速度之间的权衡问题,”他说,“它在显微技术上会特别有用。在微观尺度下,即时是很慢的物体移动也需要一个很高的时间分辨率,因为你所要观察的领域是如此的小。”

 

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这项技术被称为STEAM,即连续时间编码放大照相机。它用一束红外激光照射物体,变换一系列不同的波长,每一个对应着传感器上的一个像素点。当发射光照到相机的传感器上时,每个像素点抓取一个特定的波长,并对匹配波长的光线进行电子放大。从仅有几个光子的微弱的原始信号,放大到可见的强度。在传统数码相机上这是做不到的,因为它的传感器不知道原始波长的光线是什么。

 

当发射光照到相机的传感器上时,每个像素点抓取一个特定的波长,并对匹配波长的光线进行电子放大。从仅有几个光子的微弱的原始信号,放大到可见的强度。在传统数码相机上这是做不到的,因为它的传感器不知道原始波长的光线是什么。

 

目前为止,STEAM还只能拍出只有3000像素的照片,跟大众普遍的使用的动辄几百万像素的相机还有很大差距。但是Goda的小组,在加州大学洛杉矶分校的Brhram Jalali的领导下,想要开发一个达到兆像素级的相机,每秒可以拍摄一亿张照片,帧速率达到他们所期望的百万像素级别,以和传统的数码相机竞争。它的快门速度将只有百万亿分之一秒,每秒能拍摄一亿张照片。



 

 
     
 
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