Учёные из Национального научно-исследовательского института (Канада) и Калифорнийского технологического института разработали самую скоростную в мире видеокамеру T-CUP , которая снимает со скоростью 10¹³, то есть 10 триллионов кадров в секунду. Этот прибор позволяет буквально заморозить время, то есть визуализировать явления (и даже свет) в очень медленном темпе.

Высокоскоростные камеры открывают двери для новых и высокоэффективных методов микроскопического анализа динамических явлений в биологии и физике. Например, можно подробно изучать процессы в живой клетке или движение молекул.

Принцип работы T-CUP

В камере используются лазеры, которые производят ультракороткие импульсы в фемтосекундном диапазоне (10 -15 с). Фемтолазеры - лишь половина дела. Чтобы использовать их в видеокамере, должен быть способ записи изображений в реальном времени с очень коротким временны́м разрешением. Создание T-CUP стало возможным благодаря инновациям в нелинейной оптике и технологиях визуализации.

Используя современные методы визуализации, измерения с помощью сверхкоротких лазерных импульсов, должны повторяться многократно, что подходит для некоторых типов инертных образцов, но невозможно для других более хрупких. Например, лазерная гравировка стекла может выдержать только один лазерный импульс, так что у исследователей есть менее пикосекунды, чтобы захватить результаты. Другими словами, метод визуализации должен быть способен охватить весь процесс в режиме реального времени.

Сжатая сверхбыстрая фотография (compressed ultrafast photography, CUP) стала хорошей отправной точкой. Этот метод позволил достичь 100 миллиардов кадров в секунду, о нём в 2014 году. Однако технология имела принципиальные ограничения, для преодоления которых разработан улучшенная система T-CUP, поднявшая скорость на несколько порядков. Здесь уже применяется высокоскоростной фемтосекундный фотохронограф, как в томографии, в сочетании с камерой, которая записывает статичное изображение. В таком сочетании исследователи получили возможность использовать так называемое преобразование Радона для получения высококачественных изображений со скоростью до десяти триллионов кадров в секунду (преобразование Радона - интегральное преобразование функции многих переменных, родственное преобразованию Фурье).

Процесс временно́й фокусировки одиночного фемтосекундного лазерного импульса

Зачем это нужно?

Установив мировой рекорд по скорости визуализации, Т-CUP может привести к появлению нового поколение микроскопов для биомедицины, материаловедения и других приложений. Эта камера представляет собой фундаментальный сдвиг. Она даёт возможность анализировать взаимодействия между светом и веществом с беспрецедентным временны́м разрешением.

Впервые видеокамера сняла процесс временно́й фокусировки одиночного фемтосекундного лазерного импульса в режиме реального времени (на фото выше). Этот процесс записан на 25 кадрах с интервалом 400 фемтосекунд: на нём в деталях видны форма, интенсивность и угол наклона светового импульса.

Кадры видеосъёмки T-CUP

На фотографиях выше показаны: лазерный импульс, который проходит под наклоном через решётку (b); пространственная фокусировка одного лазерного импульса (с), лазерный импульс продолжительностью 7 пикосекунд, который пролетает через сплиттер 50:50 в небольшом облачке водяного пара (e); лазерный импульс, который отражается от двух зеркал (g). В первом случае видеосъёмка велась с максимальной скоростью 10 Tfps, во второй и третьей серии кадров - на 2,5 Tfps, а в последней серии кадров - «всего» на 1 триллионе кадров в секунду.

Описание своей разработки учёные опубликовали в журнале Nature. Вместе с научной работой в открытом доступе лежит несколько видеороликов , вот один из них .

«Это само по себе достижение, - говорит ведущий автор научной работы Цзиньян Лян, - но мы уже видим возможности для увеличения скорости до одного квадриллиона (10 15) кадров в секунду». Исследователи считают, что на такой скорости можно узнать ещё не обнаруженные секреты взаимодействия света и материи. Например, можно детально регистрировать разлёт молекул во время взрыва, распространение световых лучей и другие интересные вещи.

Кстати, специалисты по безопасности рассчитывают, что камера на такой скорости позволит снимать объекты, которые не находятся в прямой видимости , то есть буквально снимать противника из-за угла (видеодемонстрация). Так что подобные устройства могут найти применение не только в теоретической физике, но и во вполне реальных, полезных приборах.

При ограниченном бюджете главный способ оценить качество фотоаппарата, имея перед собой несколько для сравнения - попробовать сделать снимок без стабилизации в затемнении: Вы сразу увидите, как будет различаться шумность матриц, насколько удобен фотоаппарат при длительных выдержках. Сравнить качество объективов труднее - на экранчиках искажения не уловить, зато при печати фото на большом формате они сразу выдадут себя. И чем больше диапазон фокусных расстояний, тем больше вероятность искажений изображения в крайних положениях фокусировки - это понятная плата за универсальность.

Если финансы позволяют, вариант со сменным объективом будет интереснее - можно купить кит на первое время, можно и сразу подобрать «тушку» и объектив под себя. Единственное «но» - это то, что сложностей с поиском объектива может быть многовато: большинство сменной оптики делается под популярные байонеты полноразмерных «зеркалок», на компактных беззеркальных размерах присоединительные размеры оптики другие. Впрочем, отдельные оригиналы умудряются скрещивать современные цифровики даже с советской оптикой.

Емкий аккумулятор - это хорошо, быстросменный аккумулятор - еще лучше, а заряжаемый без фирменного адаптера - еще лучше. Увы, фирменной болезнью многих цифровых фотокамер, и в первую очередь - компактных, является несоответствие аппетитов электроники и емкости аккумулятора, так что носить с собой несколько при частом использовании фотоаппарата - привычное дело. Но вот не всегда смена аккумулятора удобна - иногда открыть батарейный отсек не дает присоединенный штатив, подобные нюансы стоит проверять сразу.

Дата публикации: 05.05.2017

Ученые из Лундского университета (Швеция) создали самую скорострельную в мире камеру, которая делает снимки с частотой пять триллионов кадров в секунду.

Камеру назвали FRAME. По-английски это слово звучит как «кадр», однако является аббревиатурой от «Frequency Recognition Algorithm for Multiple Exposures» (Алгоритм частотного распознавания для множественных экспозиций). Описывая камеру, создатели поясняют, что она может «практически остановить распространение света», запечатлевая события столь короткие, как 0,2 триллионных секунды. Ученые считают, что камера поможет документировать различные явления в химии, физике, биологии и медицине – на невозможном ранее уровне.

Насколько это много – пять триллионов раз в секунду? Это пятерка с двенадцатью нулями – 5000000000000. Для сравнения – если принять продолжительность человеческой жизни за 80 лет, то в ней уложится 2,5 миллиарда секунд. Всего-то два с половиной миллиарда! Шведская суперкамера за одну секунду может сделать в 2000 раз больше кадров, чем количество секунд, которое мы проживаем за всю жизнь.

«До сих пор, единственным способом визуализировать сверхбыстрые процессы была съемки отдельных последовательных кадров», поясняет ученый Элиас Кристенссон (Elias Kristensson). «Дальше вам нужно попробовать повторить идентичные эксперименты, чтобы получить несколько отдельных изображений, которые можно объединить в фильм. Проблема этого подхода в том, что в следующий раз, когда вы повторяете эксперимент, процесс уже не будет идти идентично».

Чтобы продемонстрировать возможности камеры, разработчики из Лунда сделали видео, на котором показаны фотоны света, проходящие дистанцию, равную толщине обычного листа бумаги. Для прохождения такого расстояния свету требуется ничтожно малое время – около пикосекунды, однако камера способна запечатлеть это движение в замедленном виде.

Наверное, вы уже догадываетесь, что новая суперкамера работает не совсем так, как традиционная камера. Разработчики дают следующее упрощенное объяснение:

«Обычные высокоскоростные камеры делают последовательно снимок за снимков. Новая же технология базируется на инновационном алгоритме, когда в одном кадре делается несколько кодированных снимков. В дальнейшем они разделяются на отдельные изображения, из которых можно получить видеоряд. Коротко говоря, метод подразумевает экспонирование снимаемого процесса (например, химической реакции) светом в виде лазерных вспышек, где каждой вспышке присвоен уникальный код. Объект отражает вспышки света, которые складываются в один кадр. Однако потом их можно разделить в последовательность, используя декодирующий ключ».

Высокая «скорострельность» фотоаппаратов часто годится, когда нужно снимать динамические события, то бишь танцы или спорт. К счастью, таких фотоаппаратов очень много, причем, не только среди профессиональных, но и среди любительских тоже.

1 место – Panasonic Lumix DMC-GX7 Kit

Стоит эта камера 700 долларов. Это один из лучших беззеркальных фотоаппаратов с потрясающей скоростью съемки.

Здесь используется матрица Live MOS, кроп-фактор 2 (кто не в курсе, это значит, что эта матрица в 2 раза меньше полноразмерной матрицы). Скорость съемки составляет 40 кадров в секунду ; 9 кадров в секунду для формата изображения RAW.

Есть также и менее важные функции и возможности типа широкого диапазона выбора светочувствительности ISO, выдержки и т.д. Модель, как минимум, достойна внимания. Она собрала положительные отзывы покупателей и по праву считается одним из лучших быстрых фотоаппаратов.

2 место – Panasonic Lumix DMC-GM1 Kit

И снова фотоаппарат от Panasonic. На сей раз более дешевая беззеркальная камера стоимостью 430 долларов.

Тут применяется та же Live MOS матрица с кроп-фактором 2 и достаточно широким диапазоном регулировки ISO. Есть стабилизатор, контрастный автофокус и прочие «плюшки», но самое главное – скорость съемки составляет 40 кадров в секунду в обычном расширении, и 7 кадров в сек. – для RAW расширения.

В целом, девайс отличный: качество снимков хорошее, прекрасное качество изготовлении камеры и неплохой объектив от Kit. Кстати, учтите, что эта модель относится к компактным фотоаппаратам, поэтому иногда ею очень неудобно управлять – нужно привыкание.

3 место – Panasonic Lumix DMC-GH4

Выглядит как зеркальная камера, хотя на самом деле это беззеркальный фотоаппарат. Он очень дорого, и его цена БЕЗ ОБЪЕКТИВА составляет 1520 долларов.

Он оснащен Live MOS матрицей с кроп-фактором 2 (что для такой стоимости плохо) и обладает вполне внушительными характеристиками. Скорость съемки составляет 40 кадров в секунду , умеет записывать видео в разрешении 3840×2160, есть Wi-Fi и отличный автфокус (причем для видео тоже).

Судя по отзывам, фотоаппарат действительно крутой, несмотря даже на то, что это никакая не профессиональная зеркалка. Изюминкой девайса является даже не его скорострельность, а возможность записывать видео в 4К . Хотя необходимости в этом, скорее всего, нет. Ролики на разрешении Full HD получаются красивыми и четкими – рекомендуем.

4 место – Nikon 1 J2 Kit

Беззеркальный фотоаппарат от Nikon со сменными объективами. Его цена 350 долларов и, пожалуй, это самый дешевый фотоаппарат в этом рейтинге.

В принципе, стоимость правильная. Т.к. внутри него CMOS-матрица с кроп-фактором 2.7, что не очень хорошо, но за такую цену пойдет.

Максимальная скорость съемки составляет 60 кадров в секунду , что невероятно быстро. В остальном, ничего особенного: стандартные параметры для хорошей беззеркальной камеры.

Из отзывов покупателей:

Неожиданно хорошее качество снимков;
Быстрая и точная фокусировка, которая на порядок лучше аналогов;
Правильная и точная работа автоматики: мощность вспышки, баланс белого, экспозиция – это все не требует дополнительной настройки;
Крепкий надежный корпус.

Если вы любитель и часто снимаете спортивные события, то эта камера для вас – удобная, недорогая и умная.

5 место – Nikon 1 V1 Kit

Еще один быстрый фотоаппарат от Nikon стоимостью ниже предыдущего – его цена приблизительно 305 долларов.

Внутри та же матрица с кроп-фактором 2.7 и диапазоном регулировки ISO 100 – 3200. Скорость съемки тоже составляет 60 кадров в секунду, и если честно, то неизвестно, чем фотоаппарат отличается от предыдущего. Возможно, некоторыми менее крутыми возможностями.

Этот фотоаппарат быстрый и показывает неплохие результаты в плане качества картинки. Однако у него есть свои недостатки:

Долго думает после серии снимков;
Микрофон плохой;
Хват неудобный, особенно для больших рук;
При переключении с видоискателя на экран и обратно тормозит. Видимо, слабый процессор.

В целом, модель неплохая, и она достойна находиться в рейтинге лучших быстрых фотоаппаратов.

Отправить ответ

Наверное, каждый из нас когда-то смотрел документальные фильмы о живой природе, когда процессы, происходящие на Земле видны в самом близком приближении. Или, когда извержение вулкана показывается в мельчайших подробностях. Или взрывы пиротехники. Существует много такого, что даже самая лучшая камера не снимет так, как высокоскоростная.

Такие устройства снимают со скоростью сотни тысяч и миллионы кадров в секунду и именно поэтому нам удается рассмотреть то, что раньше было просто недоступно ни камерам, ни тем более, человеческому глазу.

Но приготовьтесь к тому, что подобные камеры имеют еще совершенно космическую стоимость, которая доступна только крупным телеканалам и съемочным студиям, научным институтам.

Рейтинг: лучшие высокоскоростные камеры

Место	Высокоскоростные камеры 2017 года	Рейтинг
1		5.0
2		4.8
3		4.6
4		4.4
5		4.0
6		4.0
7		4.0

Девайс позиционируется, как самая скоростная мегапиксельная камера, которая «умеет» снимать со скоростью 25600 кадров/сек. при максимальном разрешении 1280х800 точек. При этом, если условия съемки требуют более высокой скорости, то при снижении разрешения, можно добиться скорости съемки 1000000 кадров/сек.(!) Поистине, космическая скорость, но на Земле.

Затвор этой камеры способен открываться/закрываться со скоростью 265 наносекунды, что действительно делает гаджет уникальным в своем роде. Объем скоростного жесткого диска составляет 288 ГБ, а все отснятое напрямую передается в CineMag со скоростью 10 Гб/сек.

Высокоскоростная камера российской разработки, применяется в различных областях жизнедеятельности человека: медицина, наука, технологии, армия, транспортная инфраструктура и т. д. Камера снимает со скоростью 1000 кадров в секунду с разрешением 1280х860 точек, а при желании, камера «разгоняется» до скорости 22500 кадров/сек. при уменьшении пикселизация.

Сенсор камеры монохромный, объем памяти составляет 4 ГБ, который увеличивается до 128 ГБ (если настроить максимально качество и скорость съемки, то 4 ГБ памяти заполняются за 3,7 секунды). Производитель дает гарантию 5 лет, а тот фактор, что это отечественная разработка существенно упрощает процесс ремонта и сервисного обслуживания.

Достаточно стандартная камера, если такое слово вообще корректно в отношении высокоскоростных камер. Скорость съемки при разрешении в 1280х1024 точек составит 1000 кадров в секунду, при этом, скорость затвора равна 2 наносекунды.

Камера используется в различных отраслях науки и промышленности для съемки самых быстротекущих процессов – внутренней памяти хватит на 6,5 секунд записи при максимальном разрешении и скорости. Данная линейка модели насчитывает несколько разновидностей камеры, что позволят подобрать оптимальную для различных задач и условий применения.

Эта промышленная камера имеет два варианта технической комплектации с различными возможностями. Корпус камеры максимально обеспечивает сохранность и долговечность устройства благодаря промышленным же, технологиям. Скорость съемки может достигать 6300 кадров/сек., а управляться камера может при помощи приложения для устройств на ОС Android .

Объем встроенной памяти может быть 16 или 32 ГБ, в комплекте поставки находится высокоскоростной SSD диск . В основном, данная серия высокоскоростных камер используется для контроля качества сварного шва в промышленности и диагностики промышленных линий производства, где человеческий глаз не способен уловить неисправности, или отклонения в процессах.

Высокоскоростная камера с возможностью съемки со скоростью до 205 000 кадров в секунду (в зависимости от пикселизации). Основной отличительной чертой этого устройства является температурный диапазон применения камеры: от -40 до +50 градусов С. Корпус камеры обладает повышенными прочностными характеристиками, присутствуют различные современные интерфейсы для подключения дополнительного оборудования.

Данная серия скоростных устройств состоит из 12 различных комплектаций, что дает широкие возможности по выбору, исходя из последующих условий эксплуатации. Однако, ремонт и обслуживание камеры может вызвать затруднения, т. к. производство находится в США (время поставки запчастей может достигать 1-3 месяца).

Данная камера от отечественного разработчика позволяет снимать с максимальной скоростью 4000 кадров в секунду и максимальным разрешением 1280х800 точек. Нужна скорость выше, пожалуйста – 85000 кадров и минимальное разрешение в пикселях. Сенсор камеры данной модели цветной, объем жесткого диска может достигать 128 ГБ.

Как и черно-белый «собрат» этого производителя, о котором мы говорили выше, устройство собирается в России, что является существенным плюсом при ремонте и обслуживании.

Phantom VEO 710

Данная камера снимает в максимальном разрешении 1280х800 точек при скорости 7400 кадров в секунду. Это ее максимальное качество, но при необходимости, девайс можно «разогнать» до 1 000 000 кадров, при понижении пикселизации. Устройство выпускается в двух версиях комплектации, которые различаются в наличии дополнительных возможностях у «старшей» модели.

Хранилище файлов может составлять 72 ГБ, все компоненты надежно защищены от ударов, вибраций и высоких перегрузок, которые могут варьироваться от 30 до 100 Джи. При покупке следует быть внимательным, т. к. некоторые функции камеры могут потребовать дополнительных международных лицензий.

Какая самая замедленная скорость камеры. Видят все, но не для всех: лучшие высокоскоростные камеры