Канадские ученые разработали новый тип видеокамер, способный получать изображения со скоростью в несколько миллионов кадров в секунду с рекордно высоким пространственным разрешением. Подобное устройство в десятки раз дешевле уже существующих высокоскоростных камер, пишут ученые в статье в журнале Optica.

«Наша камера использует абсолютно новый подход для получения снимков, при этом она сопоставима по скорости работы и разрешению с коммерческими высокоскоростными камерами. Ее можно собрать из широкодоступных компонентов и при этом стоимость такой камеры будет в десятки раз ниже, чем у ее конкурентов, цены на которые начинаются от $100 тыс.», – заявил профессор Квебекского университета Лян Цзиньян, чьи слова приводит пресс-служба журнала.

Лян Цзиньян и его коллеги разработали новый подход для получения изображений, не требующий уменьшать временное или пространственное разрешение для достижения максимально высокой частоты кадров.

Для решения этой проблемы физики воспользовались тем фактом, что свет одновременно обладает свойствами и волн, и частиц. Одной из первых в мире демонстраций этого стали опыты физиков XIX века с дифракционными решетками, наборами из параллельных выступов и впадин или щелей, через которые пропускается луч света.

Ученые выяснили, что дифракционные решетки можно использовать для того, чтобы разбивать падающий в камеру свет на отдельные кадры. Авторы работы собрали прототип высокоскоростной камеры из доступных в онлайн-магазинах компонентов, в том числе фотосенсоров и цифровых микрозеркал для проекторов. Минимальные модификации этих составляющих превратили их в дифракционную решетку с изменяемым углом наклона линий.

Первые тесты камеры показали, что она способна получать снимки и видеоролики со скоростью в 4,8 млн кадров, не снижая при этом пространственного разрешения получаемых изображений. Используя этот прибор, ученые проследили за формированием пузыря плазмы, порождаемого столкновением сверхкороткой вспышки лазера длиной в несколько фемтосекунд (миллиардных долей микросекунды) с поверхностью воды.

Также ученые изучили процесс формирования пузырей углекислого газа в газированных напитках и сняли на видео процесс разрушения клеток репчатого лука под действием вспышек того же фемтосекундного лазера. Как считают исследователи, высокая скорость и качество работы системы позволяют использовать ее в наномедицинских устройствах и при решении других сложных задач.

В частности, по мнению авторов, в долгосрочной перспективе эта технология позволит создавать не только высокоскоростные камеры, но и новые типы лидаров, лазерных радаров. Эти приборы позволят автономным летательным аппаратам и космическим зондам и кораблям точно и быстро выявлять источники опасности, мешающие полету или посадке на Землю или другие планеты.