Ученые адаптировали метод сжатой сверхбыстрой фотографии для съемки в ультрафиолетовом диапазоне и предложили алгоритм, который эффективнее справился с восстановлением изображения. Комбинация двух этих разработок позволила ученым фиксировать единичные или очень редкие события со скоростью полтриллиона кадров в секунду. Работа опубликована в журнале Laser & Photonics Reviews. Сжатую сверхбыструю фотографию в 2014 году впервые продемонстрировала группа ученых из Университета Вашингтона в Сент-Луисе. Им удалось создать сверхбыструю камеру, которая позволяла делать до ста миллионов кадров в секунду. За шесть лет подобные камеры совершенствовались не только с точки зрения самого устройства, но и алгоритмов обработки изображений. Дело в том, что информация об объекте, которую получается компьютер непосредственно с камеры требует дополнительной обработки, поэтому скорость метода и его качество зависит и от алгоритма обработки. Несмотря на то, что появилось множество новых улучшенных скоростных камер, они все еще могут регистрировать свет только в видимом и инфракрасном диапазоне, но не в ультрафиолетовом (УФ).
Yingming Lai et al. / Laser & Photonics Reviews
Снимки в УФ диапазоне нужны, например, для исследования образования дефектов в кристаллах, генерации УФ-импульсов в результате четырехволнового смешения или для визуализации протекания химико-биологических реакций. Кроме того, использование цифрового микрозеркального устройства (DMD) для генераций изображений накладывает ограничения на скорость работы устройства.
(a) Схема установки, (b) вид сбоку фотокатода, который преобразовывает свет в фотоэлектроны, (c) пример кодирующей маски. Yingming Lai et al. / Laser & Photonics Reviews, 2020
Сравнение трех алгоритмов для восстановления изображения. Yingming Lai et al. / Laser & Photonics Reviews, 2020.
Помимо новой схемы, авторы использовали новый алгоритм обработки после регистрации сигнала камерой. Он позволяет разделить общую оптимизацию на несколько вторичных задач, которые решает с высокой точностью и работает для зашумленных входных данных. Физики сравнили возможности разработанного алгоритма с тем, что удается получить современными алгоритмами (на рисунке TwIST — стандартный алгоритм, PnP-ADMM — разработанный).
(a) установка для регистрации изображений в УФ диапазоне, (b) кадр, полученный пространственным преобразованием УФ импульса в буквы “INRS” и (c) сравнение интенсивности импульса и полученных букв в разрезе по синей пунктирной линии. (d), (e) то же самое для букв “AXIS”. Yingming Lai et al. / Laser & Photonics Reviews, 2020
Ученые использовали фемтосекундный лазер для всех экспериментов и показали, что камера позволяет разрешать импульсы, расстояние между которыми всего 30 пикосекунд. Вместе с высокими пространственным разрешением и скоростью работы, этот результат говорит о том, что УФ камера может найти множество применений в фундаментальной или прикладной областях науки. А разработанный алгоритм обработки можно использовать для других типов скоростных камер.
Ранее эта же группа ученых смогла заснять движение лазерного импульса со скоростью 10 триллионов в секунду. А американские физики сняли движение световой «ударной волны» на 100 миллиардах кадров в секунду.
Автор: Оксана Борзенкова
Источник: https://nplus1.ru/
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
