Verdens hurtigste kamera tager 4,4 billioner billeder i sekundet

Mange fysiske, kemiske og elektroniske processer foregår så ekstremt hurtigt, at vi ikke kan opfatte dem uden ganske særlige kameraer, der kan tage billeder lynhurtigt efter hinanden.

Med et kamera, der kan optage film med en hastighed på 4.400 milliarder billeder i sekundet og en opløsning på 450x450 pixels, kan man få indblik i en helt ny verden, og sådan et kamera har japanske forskere nu udviklet.

Læs også: Forskerne optager molekylær film af elektroners hurtige spring

I forskernes forsøgsopstilling var det dog ikke ligefrem helaftensfilm, der blev optaget, for antallet af billeder var begrænset til seks.

Hvad sker der egentlig, når en kraftig laserstråle rammer et stykke glas? Det ved forskerne nu, for de har fotograferet den plasmaboble, der udvikler sig i den lille eksplosion. (Illustration: Nakagawa et al./Nature Photonics) Illustration: Nature Photonics

Med 229 femtosekunder mellem hvert billede var de hurtigste optagelser overstået på lidt over en billiontedel af et sekund, men det var nok til at følge udbredelsen af excitationer eller vibrationer i krystaller. Der går 1.000.000.000.000.000 femtosekunder på et sekund, så det er uhyre korte tidsrum, der er tale om.

Fysikerne filmede også den mikroskopiske eksplosion, som en laserstråle kan forårsage.

Læs også: Forskere tager de første snapshot af kemiske reaktioner

Femtosekund-fotografering er ikke et nyt fænomen, men hidtil har det kun været muligt at optage 'film' ved at gentage et eksperiment igen og igen. Her sætter man en reaktion i gang ved hjælp af en laserstråle, og så tager man et billede, når der er gået et antal femtosekunder. Derefter gentager man processen med et nyt tidsintervals forsinkelse, og til sidst kan man få samlet tilstrækkeligt billeder til en lille film.

Men denne metode kan ikke bruges til at filme fænomener, der er svære eller umulige at gentage. Det kunne for eksempel være eksplosioner, proteinfoldninger eller enzymreaktioner.

Her kommer den nye metode, som forskerne kalder Sequentially Timed All-optical Mapping Photography (STAMP), til hjælp. Her behøver man nemlig ikke mange optagelser, men kun en enkelt.

I en artikel i tidsskriftet Nature Photonics forklarer forskerne, hvordan de har overvundet den begrænsning, det har været, at billedsensorerne simpelthen ikke er hurtige nok.

Ved hjælp af passiv optik og uden brug af mekaniske eller elektroniske komponenter, der ellers kunne bremse optagelserne ned, deles de ultrakorte laserpulser fra en femtosekund-laser op i lysglimt med forskellige bølgelængder. Disse lysglimt rammer motivet i hurtig rækkefølge og kan bagefter sorteres, så de rammer hvert sit område af en billedsensor. På den måde kan man få høj hastighed på bekostning af opløsningen.

I den japanske forsøgsopstilling deles ultrakorte laserpulser op i lysglimt med forskellige farver. De rammer billedsensoren forskellige steder, efter at de har passeret det objekt, der skal filmes. (Illustration: Nakagawa et al./Nature Photonics) Illustration: Nature Photonics

En film med kun seks billeder er lige kort nok til mange anvendelser, men forskerne har da også allerede udtænkt, hvordan filmen kan blive længere, så antallet af billeder kommer op i omegnen af 100. Desuden gør de opmærksom på, at metoden ikke er begrænset til synligt og nærinfrarødt lys, men kan også bruges ved andre bølgelængder som for eksempel røntgenstråling.

Med femtosekund-fotografering kan forskerne få indblik i en lang række fysiske, kemiske og biologiske processer. De kan for eksempel observere elektriske felter i små strukturer og finde ud af, hvad der egentlig sker, når ting bliver ramt af lys, hvilket kan føre til mere effektive solceller og sensorer. Eller de kan observere, hvordan biologiske molekyler vekselvirker, hvilket på sigt kan give bedre medicin til syge.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Min første reaktion, da jeg så den overskrift var, at den helt sikkert ikke tager 4,4 billioner billeder i skundet og man skal da heller ikke ret langt ind i teksten for at finde ud af at den faktisk kun tager 6 billeder i sekundet. Så overskriften er næsten 9 størrelsesordner forkert. Kunne man ikke have nøjes med en mindre Ekstra Blads agtig overskrift__

  • 0
  • 0

Det er rigtigt at den tager billeder med 229 femtosekunder imellem hvert billede, men den tager altså kun 6 af dem og den er helt sikkert ikke klar til endnu en sekvens i det samme sekund, så overskriften er altså noget vrøvl.

Prøv at regne på datamængden, hvis den virkeligt tog 4,4 billioner billeder i sekundet med en opløsning på 450x450 pixels!

  • 0
  • 0

Prøv at regne på datamængden, hvis den virkeligt tog 4,4 billioner billeder i sekundet med en opløsning på 450x450 pixels!

Det er helt irrelevant. Det man forsøger er at filme meget hurtige reaktioner, og her er 6 billeder med femtosekunder imellem nyttigt. Det kunne muliggøre at se hvordan f.eks. en katalytisk kemisk reaktion forløber.

Der er en relevant semantisk forskel på kameraet tager "X billeder i sekundet" og "med en hastighed på X billeder i sekundet".

Muligvis, men er det ikke lidt ordkløveri?

Mvh. Peter

  • 0
  • 0

Er der nogen, der misforstår "Jeg kører 60 km i timen"? Hvorfor så spilde tid på dette ordkløveri?

Teknikken er enkel og "sjov" og imponerende, og artiklen giver en fin beskrivelse.

  • 0
  • 0

De fleste producenter som Photron, Shimadzu, Vision Research, Specialised Imaging etc. bruger FPS (Frames Per Second) som enhed for optager hastigheden uanset typen af højhastighedskamera (In situ memory, ekstern memory, multiple sensors). Så "billeder i sekundet" er vist bare direkte oversat fra den engelske term og er ganske meget anvendt - også i den videnskabelige verden. De fleste der arbejder med højhastighedskameraer ved at hvis frameraten skal være virkelig høj, så er der kun en meget begrænset hukommelse til rådighed. F.eks. Shimadzu HPV-2 kan køre med en optagerhastighed på 1000000 FPS, men kan kun optage 100 billeder ad gangen pga. dens begrænset in situ memory i billedsensoren. En kæk person ville jo nok sammenligne med at en Bugatti Veyron stadig kører 407+ km i timen selv om den tømmer tanken på ca 12 min. Det mere interessante er hvordan de trigger deres system? – Det er mildt sagt pænt besværligt når der kun kan optages seks billeder med en frame rate på 4.4e12 FPS.

  • 0
  • 0

Hvordan har de tænkt sig at få røntgenstråler gennem deres pulse stretcher og pulse shaper? Metamaterialer som ikke er opfundne endnu? Jeg er ret dårlig til optik men selv jeg kan da se problemer med det.

  • 0
  • 0

De film man er interesseret i for at lære noget om dannelsen af kemiske bindinger, elektronspring og andre processer af ekstrem kort varighed, skal heldigvis ikke være af særlig stor længde.

F.eks. vil 6 billeder på 1.5 picosekund meget vel kunne give lige præcis den information man har brug for om en proces der tager 1.5 picosekund, hvor man kun kender start- og sluttilstanden, men ikke eventuelle mellemtrin.

Hvis dette kamera fik lov at optage videre et helt sekund, ville det svare til at man for at optage en film af f.eks. sit barn der laver et ansigt, eller en dag på stranden lader kameraet optage videre i ~30,000 år.

Så man har heldigvis ikke brug for flere frames og mere hukommelse i kameraet for at optage en molekylær process frem for en makroskopisk process, kun fart.

  • 0
  • 0

Hvis du i virkeligheden kun opnår hastigheden i mikroskopisk brøkdel af den påståede time. Så ville jeg i den grad mene det var anledning til en misforståelse. Det er en ganske lovende opfindelse med bred anvendelse, men overskriften mere end antyder at det er muligt at rent faktisk optage i et sekund eller mere af gangen med teknikken.

Så det vil sige at det er at give anledning til misforståelse at sige, at lysets hastighed er omkring de 300.000 meter i sekundet, når jeg med en lommelygte lyser på den sorte væg ved siden af mig? Der opnår fotonerne jo også kun den hastighed i en mikroskopisk brøkdel af den påståede tid.

At sige "4,4 billioner billeder i sekundet" er immervæk ækvivalent med "300.000 meter i sekundet". Det er blot en angivelse af hastighed og er til min bedste viden, fuldt ud teknisk korrekt. Havde de nu skrevet: "Verdens hurtigste kamera tager 4,4 billioner billeder på et sekund" så havde det været formuleret forkert.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten