ビデオ: 1 秒あたり 1 兆フレームのカメラが空間を移動する個々の光子を捉える

PopSci では超高速カメラと超スローモーション動画が大好きなので、MIT の研究者が毎秒 1 兆フレームの映像キャプチャ速度を持つカメラを開発したと聞いたときの喜びは想像に難くありません。これは、下の動画で光子が 1 リットルのボトルの長さを移動するのを見るのに十分な速さです。言い換えれば、このカメラには宇宙で速く見えるものは何もありません。

しかし、それは「録画」ボタンを押すほど簡単ではありません。この装置は「ストリーク カメラ」として構築されています。これは、カメラの開口部が狭いスリットになっている、かなり新しいイノベーションです。光子はスリットから入り、電界によって約 90 度回転し、スリットに垂直な方向に送り出されます。この間、電界は急速に形を変え、後から到着した光子を、先に到着した光子よりも少し急いでセンサーに向かって蹴り出します。

結果的に、非常に高速にキャプチャされたフレームが得られますが、少なくとも空間的な観点からは、それは 1 次元にすぎません。スリットの方向に対応する 1 つの次元と、電界からの偏向の度合いによって決まる 2 番目の次元があります。つまり、2 番目の次元は空間ではなく時間です。視覚的には、狭い空間の断片を 1 次元で見ることになります。

では、下の 2D ビデオはどうやって作られているのでしょうか? (注: ビデオを見れば説明がわかります。) 彼らは大量の 1 次元画像を撮影し、それらをつなぎ合わせます。1 兆 FPS のビデオを収集するには、正確に繰り返し可能なイベントを撮影する必要があります。これは、2 次元のスローモーション ビデオを作成するために、研究者がカメラの位置を何度も変えて、撮影しているシーンの完全な画像を構築する必要があるためです。2 リットルのボトルを通過する光のビデオを撮影するために、研究者は 1 時間にわたって画像を収集し、このタスク専用に開発したアルゴリズムを使用して、すべての 1 次元画像を 1 つの 2 次元ビデオにつなぎ合わせる必要がありました。

言い換えれば、世界最速のビデオカメラも非常に遅いのです。下の写真のようなシーンの短いビデオをまとめる前に、まず何十万ものデータセットを蓄積する必要があるからです。しかし、空間を移動する光子を観察することもできるので、これはかなり妥当なトレードオフです。

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