华人科学家发布世上最快的相机，每秒 可拍156.3 万亿帧

拍客部落：在民用领域高端摄像机可以拍摄超过每秒千帧（FPS）甚至百万帧，但在科学领域，高速度摄影相机的研究远不会停步，现在加拿大研究人员制造的可以拍摄高达 156.3 万亿帧/秒的相机系统。
  
     这款相机被称为SCARF camera system，代表扫描编码光圈实时飞秒摄影。它是为研究微观事件（比如化学合成，分子分裂、融合等等）的科学家而制作的，这些微观状态下的事件对于现有CMOS传感器相机/摄像机来说发生得太快。例如，SCARF可捕获了超快瞬间反应，例如半导体中的光电吸收和金属合金的退磁。


     SCARF与以前的超高速相机系统不同，后者一次拍摄一帧，然后将它们编译成动画以重现它所看到的内容。取而代之的是，加拿大魁北克国家科学研究所（INRS）研究中心的Énergie Matériaux Télécommunications团队使用了被动飞秒成像，使T-CUP系统（每秒万亿帧压缩超快摄影）能够捕获每秒数万亿帧。如此高的速度，拍客部落各位有没有感叹“烧器材的上限不是金钱而是想法？”所以平日单纯讨论摄影器材真的没有什么意思。



SCARF camera system成像系统图



SCARF camera system团队，最左边为华人科学家梁金阳


      这项研究由超快成像的先驱梁金阳教授牵头，他在2020年就突破超高速成像技术，当年实现在紫外光子下的成像，即UV-CUP 系统，具有每秒5千亿帧的成像速度。为今年实现更高速度的项目奠定了基础。



梁教授在2020年实现的每秒5000亿帧的成像系统


      “许多基于压缩超快摄影的系统必须应对数据质量下降的问题，并且必须权衡视场的序列深度，”该研究的博士后研究员兼共同第一作者Miguel Marquez解释说。“这些局限性归因于工作原理，这需要同时剪切场景和编码孔径。”

      梁教授补充说，“半导体加工中的烧蚀、动植物活细胞的相互作用等现象以前的技术并不能得到理想的清晰成像，现在都可以用SCARF进行研究。


      这就是技术与器材带来的拍摄“可能性”提高，这与我们拍客部落各位器材观应该相近，拍什么，器材合适即可。好的器材是实现更好的作品，前提是你知道器材 解决什么问题，在自己手上能做到什么。


       最后是关于SCARF 的原理，梁教授解释说：SCARF以每秒 156.3 万亿次的速度启动“啁啾”超短激光脉冲，该脉冲穿过相机正在观察的物体。该相机使用计算成像模式，通过允许光线在略微不同的时间照射到传感器来捕获空间信息。然后，数据由计算机算法处理，该算法对时间交错的输入进行解码并形成全貌。据该团队称，这允许使用电荷耦合器件（CCD）的相机上的单个像素接收高达156.3 万亿赫兹的全序列编码速度。



瑞典阿秒光成像系统

     不过值得注意的是，如果以单张速度来说，瑞典方向已经有突破，瑞典人的技术使用阿秒光，实现亿亿分之一秒的瞬间“快门”，是目前梁教授团队的研究的速度快上百倍。详细见酒摄会：葡萄酒是2023诺奖得主公开的少数爱好