Các nhà nghiên cứu đã phát triển một máy ảnh thử nghiệm siêu tốc độ sử dụng cơ chế nhiễu xạ ánh sáng để chụp hàng triệu ảnh mỗi giây.
Bằng cách sử dụng các thành phần sẵn có, phương pháp này ít tốn kém hơn so với camera tốc độ cao cao cấp thương mại. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Concordia (Montreal, Québec, Canada), Viện nghiên cứu khoa học quốc gia (Québec City, Québec, Canada) và Meta Platforms (Menlo Park, CA, USA) cho biết nó có thể hữu ích trong một loạt các ứng dụng, từ theo dõi việc phân phối thuốc trong cơ thể người đến hệ thống LiDAR cho xe tự lái. Họ đã công bố kết quả nghiên cứu của mình trên tạp chí Optica (bit.ly/3GuwLQN).
Hoạt động Như Thế Nào?
Được gọi là nhiễu xạ cổng thời gian thực siêu tốc độ, hoặc nhiếp ảnh DRUM, phương pháp này chụp ảnh với tốc độ 4,8 triệu khung hình mỗi giây với độ sâu chuỗi bảy ảnh và độ phân giải thời gian 0,37 µs.
Camera sử dụng một cổng, chẳng hạn như màn trập, để kiểm soát thời điểm ánh sáng chiếu vào cảm biến. Trong phương pháp DRUM, cổng được mở và đóng liên tục trước khi cảm biến đọc ra một hình ảnh.
Để thực hiện kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu sử dụng một thiết bị micromirror kỹ thuật số, hoặc DMD, để tạo ra chuyển động lật nhanh hoạt động như một cổng thời gian, trích xuất các khung hình tuần tự từ cảnh đang được ghi hình. DMD, là các thành phần quang học được sản xuất hàng loạt trong máy chiếu, có sẵn trên thị trường.
Thành phần
Các nhà nghiên cứu sử dụng laser sóng liên tục 473 nm từ CNI Laser (Changchun, Trung Quốc) làm nguồn sáng. Một ống kính vật kính vô hạn CF Achro từ Nikon (Tokyo, Nhật Bản) thu thập ánh sáng, sau đó được phản xạ bởi bộ tách tia (BF250) từ Thorlabs (Newton, MA, USA) để tạo thành hình trên mặt phẳng hình ảnh trung gian.
Tiếp theo, những kết quả này được xử lý bởi một hệ thống khác bao gồm ống kính vật kính lập thể từ Olympus (Shinjuku, Nhật Bản) và DMD (AJD-4500), bao gồm một mảng micromirror, từ Ajile Light Industries (Ottawa, Ontario, Canada).
Các bậc nhiễu, hoặc khung hình, được tạo ra từ quá trình thứ hai sau đó được chuyển tiếp bởi một hệ thống hình ảnh thứ ba, bao gồm hai ống kính từ Thorlabs, đến camera CMOS (CP70-1HS-M-1900) từ Optronis (Kehl, Đức), camera này ghi lại một ảnh chụp nhanh.
Với nhiếp ảnh DRUM, độ phơi sáng của camera được đồng bộ hóa với chuyển động lật của DMD.
Các nhà nghiên cứu đã viết trong bài báo trên tạp chí: “Đặc điểm chính của nhiếp ảnh DRUM là khả năng tách biệt không gian và cổng thời gian các ảnh 2D liên tiếp trong vùng quang học trong khi đáp ứng điều kiện hình ảnh giữa vật thể và cảm biến. Nó cho phép đo lường ánh xạ nhạy cảm của một cảm biến CMOS thông thường bằng cách hướng các khung hình tuần tự này lên các khu vực khác nhau.”
Kiểm tra Camera
Để chứng minh tính hữu ích của phương pháp DRUM, các nhà nghiên cứu đã quan sát các bong bóng được tạo ra bằng xung laser trong chất lỏng, bong bóng trong đồ uống có ga và một xung laser ngắn trên một tế bào đơn lớp từ củ hành.
Jinyang Liang, trợ lý giáo sư tại Viện nghiên cứu khoa học quốc gia, kết luận: “Về lâu dài, tôi tin rằng nhiếp ảnh DRUM sẽ góp phần vào sự tiến bộ trong lĩnh vực y sinh và các công nghệ hỗ trợ tự động hóa như LiDAR, nơi hình ảnh nhanh hơn sẽ cho phép cảm biến nguy hiểm chính xác hơn. Tuy nhiên, mô hình của nhiếp ảnh DRUM khá linh hoạt. Về mặt lý thuyết, nó có thể được sử dụng với bất kỳ camera CCD và CMOS nào mà không làm giảm các ưu điểm khác của chúng như độ nhạy sáng cao.”
Nguồn: Linda Wilson
