Uma câmera de alta velocidade pode realizar todos os tipos de feitos impressionantes, como fotografia de ação em câmera ultra lenta em esportes ou filmes. Algo que você não vê com muita frequência? Uma câmera ultrarrápida tão rápida que pode realmente gravar luz saltando entre os espelhos. Isso é exatamente o que Edoardo Charbon No entanto, o Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne demonstrou recentemente - usando uma câmera que é capaz de capturar impressionantes 24.000 quadros por segundo.
Os pesquisadores usaram o Câmera MegaX, um sensor de imagem baseado em diodo de avalanche de fóton único, para filmar sua configuração de espelho rebatido de alta tecnologia no estilo Rube Goldberg. O hardware da demonstração foi desenhado pelo aluno de Charbon, Kazuhiro Morimoto, com contribuições dos pesquisadores Andrei Ardelean e Arin Ulku.
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“A câmera opera em modo fechado, [o que significa] um obturador eletrônico muito rápido de 3,8 nanossegundos é usado para capturar a luz à medida que ela se propaga”, disse Charbon à Digital Trends. “São utilizados pulsos de laser subsequentes, abrindo o obturador com atraso crescente, de modo a acompanhar a propagação ao longo de seu caminho. Graças ao grande número de pixels e ao obturador rápido, pode-se ver a propagação da luz em várias fotos sem mover a câmera e sem sobrepor as imagens às imagens tiradas com outros câmeras. Tudo é feito no MegaX.”
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No entanto, não se trata apenas de configurar uma câmera super rápida, gravar e depois acender a luz. Como a luz normalmente não é visível quando está em vôo, os pesquisadores tiveram que focar nos fótons de um pulso de laser à medida que eles espalhavam partículas no ar. Usando o conhecimento sobre a trajetória do pulso e quanto tempo os pulsos demoraram para chegar à câmera, a equipe utilizou algoritmos de aprendizado de máquina para traçar o caminho da luz 3D.
Charbon disse que o principal avanço do trabalho está em demonstrar a “capacidade de reconstruir a posição dos pulsos de luz em 3D – mais o tempo, [igualando] 4D - usando técnicas de aprendizado de máquina e a demonstração de diferentes velocidades aparentes da luz dependendo da posição do observador."
Ele observou que isso também poderia ter algumas aplicações úteis no mundo real. Previsivelmente, uma das grandes aplicações científicas serão em campos como a física de altas energias, onde é importante fazer detecção rápida de imagens. Mas também poderia ser usado para coisas como realidade aumentada e virtual para reconstruir ambientes com precisão, da mesma forma que o lidar rebatido ajuda os carros autônomos a perceber o mundo. “Além disso, aplicações industriais e robótica, que exigem visão 4D rápida e precisa, poderiam tirar vantagem desta câmera”, disse Charbon.
Um artigo descrevendo o o trabalho está disponível para leitura online.
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