超高速相機 捕捉每個稍縱即逝瞬間
編譯／高晟鈞
捕捉像是落下的水滴、分子的相互作用等快速運動的清晰圖像時，需要使用昂貴的超高速相機，利用每秒數百萬張的圖像，才可以拍到清晰的過程。而這種超高速相機通常都要價超過100,000美元。
近期，來自加拿大的科學家梁金陽與其研究團隊，採用了一種全新的方法才實現超高速成像，其成本甚至不到現在超高速相機的十分之一。
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更好的超高速相機
儘管科學家們不斷在超高速成像領域取得進展，但始終無法有效地降低成本開銷。而超高速相機的性能仍受到捕獲的幀數、時間解像度與光通量影響。對此，研究人員開發了一種新的技術──時變光學衍射。
傳統相機使用快門來控制光線何時到達傳感器。簡單來說，在傳感器讀取圖像前，快門就像一到閘門，透過快速地打開與關閉，捕捉一個快速場景。
於是梁金陽博士突發奇想，如果可以改變衍射光柵上，週期性面的傾斜角度，生成沿著不同方向傳播入射光的多個畫面，成功地在不同時空地點下，組合成不同的幀數畫面，形成一部「超快的電影」。
實現這種理論，也不需要使用太過於昂貴或是稀有的設備。梁金陽博士表示：「我們很幸運，數字微鏡器件DMD就可以成功實現我的系統。而DMD是批量生產的，這將有助於穩定整個系統的成本效益。」
捕捉快速動態
該團隊創造了一個序列深度為7幀的攝影機──DRUM，並拍攝了一系列的短片。
研究人員利用他來記錄光與蒸餾水的相互作用。另一方面，他們也對碳酸飲料的氣泡動力學進行了成像，也捕獲了超短雷射脈衝和單層洋蔥細胞樣本之間瞬間的相互作用。而Drum甚至將有助於奈米手術和雷射清潔的應用。
目前，研究人員正在繼續致力於提高DRUM攝影的性能，包括提高成像速度和序列深度。他們還希望探索捕獲顏色信息並將該系統應用於雷射雷達等其他應用。
資料來源:Phys.org
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