일반적으로 말해서, 분자 상호 작용이나 물방울과 같이 엄청나게 빠른 움직임의 선명한 이미지를 캡처하려면 매우 비싼 장비가 필요합니다. 연구원들은 비용을 크게 절감할 수 있는 프로젝터 기술을 사용하여 구축된 시스템을 개발했습니다.
캐나다 국립과학연구소(INRS), Concordia University 및 MetaPlatforms의 구성원으로 구성된 연구팀은 0.37마이크로초의 시간 해상도와 7프레임의 시퀀스 깊이로 초당 480만 프레임의 단일 노출로 이벤트를 캡처할 수 있는 새로운 카메라를 개발했습니다."
성능 측면에서 이것은 Caltech가 몇 년 전에 달성한 것과 동등하지는 않지만 DRUM 기술은 기성 구성 요소를 사용하여 구축되었으며 비용은 상용 시스템의 일부에 불과합니다.
INRS의 Jinyang Liang은 "우리 카메라는 고속 이미징에 완전히 새로운 접근 방식을 취합니다."라고 말했습니다. "이미징 속도와 공간 해상도는 상업용 고속 카메라와 유사하지만 기성 부품을 사용하면 가격이 거의 $100,000부터 시작하는 오늘날의 초고속 카메라의 10분의 1 미만일 수 있습니다."
개발은 시변 광학 회절이라는 새로운 시간 게이팅 방법에 중점을 두고 있습니다. 일반 카메라에서는 셔터 모양의 게이트가 센서에 닿는 빛의 양을 제어합니다. 타임 게이팅은 짧은 고속 영상을 캡처하기 위해 문을 여러 번 빠르게 열고 닫는 작업을 포함합니다.
팀은 서로 다른 방향으로 이동하는 들어오는 빛의 여러 복사본을 생성하기 위해 "회절 격자의 주기적인 면의 경사각을 빠르게 변경"하는 것을 포함하는 빛 회절을 사용하는 시간 게이팅 방법을 제안했습니다. 이는 서로 다른 시점의 프레임을 효과적으로 게이트하여 매우 짧고 초고속 타임랩스 동영상을 제작합니다.
"다행히도 이러한 유형의 스캐닝 회절문은 프로젝터에서 발견되는 일반적인 광학 요소인 디지털 마이크로미러 장치(DMD)를 사용하여 색다른 방식으로 수행될 수 있습니다"라고 Liang은 말했습니다. "DMD는 대량 생산되며 파생 도어를 생산하는 데 기계적 움직임이 필요하지 않으므로 시스템이 비용 효율적이고 안정적입니다."
DRUM(Derivative Real-time Ultra-High Speed Mapping) 카메라는 필름당 7프레임을 캡처할 수 있습니다. 이 프로젝트의 여러 분야 팀은 "펄스 레이저에 반응하여 플라즈마 채널의 진화와 기포의 발달을 보여주는" 레이저와 증류수의 상호 작용을 기록하여 장치를 테스트했습니다.
DRUM 카메라는 탄산 음료의 기포 역학과 양파 세포 샘플과 초단 레이저 펄스 간의 상호 작용도 포착했습니다. 기술을 더욱 개선하기 위한 작업이 진행 중이지만 연구원들은 생물 의학 및 자율 운송 LiDAR 시스템에 잠재적인 응용이 가능하다고 보고 있습니다.
해당 프로젝트에 관한 논문은 Optica 저널에 게재되었습니다.