"Kamera, která zachytí bilion (1012) snímků za sekundu!" hlásají titulky světových deníků. A Massachusettský technologický institut (MIT) se těmto zjednodušením ani příliš nebrání. Dokonce se tím, že zachytili "fotony prolétající scénou", sami chlubí. To nic nemění na tom, že jejich zařízení je skutečně působivé.
Ramesh Rashkar, Andreas Velten a jejich tým z MIT Media Lab využili horizontální štěrbinu úzkou právě tak, aby se jí dal zaznamenat jeden řádek obrazu. Světlo, které touto štěrbinou zachytí, vytvoří jednorozměrný obraz o přibližně pěti stech bodech (rozlišení 500 × 1 pixel). Tento přístroj, zvaný streak tube, se již využívá např. v chemii.
Trik spočívá v tom, že ve "Femto fotografii" (Femto = biliardtina, 10-15) je tento zachycený jednorozměrný obraz zaznamenán jako dvojrozměrný tak, že druhá dimenze odpovídá času. Jednoduše řečeno, později prolétající fotony se zaznamenají níže než dříve přilétající. Vzniká tak obraz o 480 řádcích, který lze ale také interpretovat jako zachycení 480 snímků, každý o "expozici" 1,71 pikosekundy.
Průlet světla lahví
Laserový stroboskop a pečlivá rekonstrukce
Vědci osvětlují neměnnou scénu vždy stejným zábleskem titano-safírového laseru o intervalu asi 13 nanosekund. Záblesk je extrémně krátký, asi 1 mm ve světelné délce. Pro záznam jednoho snímku je potřeba mnoha opakování, aby byla intenzita světla dostatečná. Poté, co zaznamenají jeden snímek, pootočí zrcátko o "jeden řádek" a mohou zaznamenat další snímek.
Celé snímání trvá přibližně jednu hodinu, což může být u "nejrychlejší kamery na světě" trochu překvapivé, ale vyplývá to z podstaty triku, kterého vědci k docílení efektu využili.
Jinými slovy, jde o kombinaci stovek jednořádkových videosekvencí, pořízených ze stovek snímání jedné neměnné scény.
Kompozit scény s jablkem
1 000 000 000 000 snímků za sekundu?
Zpomalené záběry jsou vždy fascinující, ať už jde o kapky vody nebo průstřel jablkem. Proslul jimi v první polovině 20. století mimochodem jiný absolvent MIT - Harold Eugene Edgerton (více v našem předchozím článku o historii blesků) a studenti MIT se k jeho odkazu hrdě hlásí.
Harold E. "Doc" Edgerton
Kapka mléka dopadající na rozpálený kov
Od té doby se povedlo zpomalit pomocí velice rychlých kamer mnoho přírodních dějů, vždy jde ale o kamery, které zaznamenávají celé snímky a stačí jim tak jedno opakování snímané situace.
Videoklip, který zpomalí samotné šíření světla scénou, je ale něco docela jiného. Působí magicky a zdá se, jako kdybyste si na jednotlivé fotony málem mohli sáhnout.
Zdroje:Bilion snímků za sekundu (MIT, anglicky) Výzkumníci z MIT zachytili rychlost světla na kameru (Time.com, anglicky) Je to opravdu bilion za sekundu? (Wired.com, anglicky) |
Ale v tom je právě ten zádrhel: jak bychom mohli sledovat fotony prolétající scénou rychlostí 300 tisíc km/s? Čím by byl obraz vykreslen, když ne fotony?
Jak správně podotýká Rhett Allain z magazínu Wired, princip je podobný jako u uhrančivého videa pomalu padajících kapek - jde o stroboskopický trik, osvěcování pouze konkrétního okamžiku a opakování stále stejné scény. K podobnému efektu mimochodem dochází, když běžnou kamerou filmujete roztáčející se vrtuli - nejprve se točí po směru, pak jakoby se točila protisměru nebo dokonce stála - to vše je způsobeno jen náhodnou synchronizací frekvence vrtule a vaší kamery.
Zatímco u běžných stroboskopických triků vzniká obraz z vybraných časových úseků, zde si vědci vybírají určitý prostor (jeden řádek obrazu). Využili již známé nástroje a sestavili je netradičním způsobem, a - i když nejde o superrychlou kameru v konvenčním slova smyslu - výsledek si každopádně zaslouží obdiv. Navíc může mít i praktické využití.
"Kromě uměleckého potenciálu a využití (Femto fotografie) k výukovým účelům je aplikace možná v průmyslové fotografii při analýze chyb a zkoumání materiálů, jakož i ve vědecké fotografii, při porozumění rychlých procesů v medicíně (ultrazvuk světlem) apod," doufají výzkumníci.
