Una fotocamera ad alta velocità può realizzare tutti i tipi di imprese impressionanti, come ad esempio fotografia d'azione ultra slow-motion nello sport o nei film. Una cosa che non vedi troppo spesso? Una fotocamera ultra veloce che è così veloce che può farlo effettivamente registra la luce rimbalzare tra gli specchi. Questo è esattamente ciò che Edoardo Charbon al Politecnico Federale Svizzero di Losanna, tuttavia, ha recentemente dimostrato – utilizzando una fotocamera in grado di scattare l’incredibile cifra di 24.000 fotogrammi al secondo.
I ricercatori hanno utilizzato il Fotocamera MegaX, un sensore di immagine basato su diodo a valanga a singolo fotone, per filmare la loro configurazione a specchio rimbalzato ad alta tecnologia in stile Rube Goldberg. L’hardware per la dimostrazione è stato progettato dallo studente di Charbon, Kazuhiro Morimoto, con il contributo dei ricercatori Andrei Ardelean e Arin Ulku.
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"La fotocamera funziona in modalità controllata, [il che significa] un otturatore elettronico molto veloce di 3,8 nanosecondi viene utilizzato per catturare la luce mentre si propaga", ha detto Charbon a Digital Trends. “Si utilizzano successivi impulsi laser, aprendo l’otturatore con ritardo crescente, in modo da seguirne la propagazione lungo il suo percorso. Grazie all'elevato numero di pixel e all'otturatore veloce è possibile vedere la propagazione della luce all'interno scatti multipli senza spostare la fotocamera e senza sovrapporre le immagini ad immagini scattate con altre macchine fotografiche. Tutto è fatto su MegaX.
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Tuttavia, non si tratta solo di impostare una fotocamera superveloce, registrare e poi accendere la luce. Poiché la luce normalmente non è visibile quando è in volo, i ricercatori hanno dovuto concentrarsi sui fotoni di un impulso laser mentre diffondono le particelle nell’aria. Utilizzando la conoscenza della traiettoria dell’impulso e del tempo impiegato dagli impulsi per raggiungere la fotocamera, il team ha utilizzato algoritmi di apprendimento automatico per tracciare il percorso della luce 3D.
Charbon ha affermato che il principale progresso del lavoro sta nel dimostrare la “capacità di ricostruire la posizione degli impulsi di luce in 3D – più il tempo, [equivalente a] 4D: utilizzando tecniche di apprendimento automatico e la dimostrazione di diverse velocità apparenti della luce a seconda della posizione del osservatore."
Ha notato che questo potrebbe avere alcune utili applicazioni anche nel mondo reale. Prevedibilmente, una delle applicazioni più importanti saranno le applicazioni scientifiche in campi come la fisica delle alte energie, dove è importante effettuare un rilevamento rapido delle immagini. Ma potrebbe anche essere utilizzato per cose come la realtà aumentata e virtuale per ricostruire accuratamente gli ambienti, proprio come il lidar rimbalzato aiuta le auto a guida autonoma a percepire il mondo. "Inoltre, le applicazioni industriali e la robotica, che richiedono una visione 4D rapida e precisa, potrebbero trarre vantaggio da questa fotocamera", ha affermato Charbon.
Un documento che descrive il il lavoro è disponibile per la lettura online.
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