EPFL-wetenschappers hebben een nieuwe beeldverwerkingsmethode ontwikkeld die extreem snelle fenomenen kan vastleggen met elk type camera. hun methode, genaamd de Virtual Frame-techniek, levert betere prestaties dan welke commerciële high-speed camera dan ook en is betaalbaar en voor iedereen toegankelijk.

Veel fenomenen die in de natuur en de industrie voorkomen, gebeuren heel snel:een scheur die door een stuk stof loopt, een rubberen bal die van een harde vloer stuitert, een druppel water die een droog oppervlak nat maakt en een stuk plakband dat loslaat, bijvoorbeeld. Het vastleggen van afbeeldingen van deze verschijnselen zou wetenschappers helpen ze beter te begrijpen, maar conventionele camera's zijn niet snel genoeg - en hogesnelheidscamera's zijn onbetaalbaar.

Maar wetenschappers van EPFL's Engineering Mechanics of Soft Interfaces Laboratory, in samenwerking met onderzoekers van Harvard University in het SMR-lab, hebben een nieuwe beeldvormingsmethode ontwikkeld, Virtual Frame Technique (VFT) genaamd, die duizenden beelden van deze fenomenen kan genereren terwijl ze zich stap voor stap voordoen met behulp van een foto die met een willekeurig apparaat is genomen, inclusief een smartphone. Bovendien, Het is aangetoond dat VFT beter presteert dan high-speed camera's.

Werken met een conventionele foto

De methode begint met het analyseren van een conventionele foto. "Als je een gewone camera gebruikt om een ​​foto te maken van een druppel water die op een droog oppervlak valt, door de beweging van het water wordt het beeld wazig. Maar deze wazige gebieden zijn precies waar het fenomeen plaatsvindt, zowel ruimtelijk als tijdelijk. Dat is wat onze techniek gebruikt om het onderliggende fenomeen samen te voegen, " zegt John Kolinski, een professor aan EPFL's School of Engineering. Met andere woorden, VFT werkt door de wazige delen van afbeeldingen te deconstrueren.

Een methode voor binaire verschijnselen

De eerste stap is om licht op het fenomeen te laten schijnen, net zoals de conventionele foto wordt genomen, zodat de wazige delen kunnen worden benut. "Deze eerste belichtingsstap moet correct worden uitgevoerd, zodat de wazige delen van de afbeelding de juiste informatie bevatten en kunnen worden gebruikt. het object moet een kwantificeerbare momentane toestand hebben waarin het het licht ofwel volledig blokkeert of volledig doorlaat, ", zegt Kolinski. De volgende stap is het gebruik van geavanceerde beeldverwerkingsmethoden om de temporele resolutie en het specifieke verlichtingsschema van de conventionele afbeelding te verbeteren, en verander het dan in een binair beeld - dat wil zeggen, met zwarte of witte pixels.

Deze methode biedt een voordeel omdat veel natuurlijke fenomenen binair zijn; bijvoorbeeld, een stuk stof is gescheurd of niet, een oppervlak is nat of droog. Dat betekent dat er slechts twee grijswaarden nodig zijn om ze weer te geven - de 15, 000+ intensiteitswaarden beschikbaar bij conventionele camera's. Door het opofferen van het vermogen om intensiteit op te lossen, de wetenschappers konden de bitdiepte van de camerasensor gebruiken, of de hoeveelheid informatie die de sensor kan verkrijgen, om de framesnelheid te verhogen met behoud van de volledige ruimtelijke resolutie. De temporele resolutie kan nog verder worden verbeterd door de timing van een lichtpuls aan te passen.

Time-lapse-foto's over extreem korte perioden

VFT splitst daarom een ​​conventionele foto van een object in snelle beweging op in duizenden afbeeldingen die elke stap van het proces laten zien. "Het is alsof je time-lapse-foto's maakt van een bijna onmiddellijk fenomeen, ", zegt Kolinski. De wetenschappers hebben hun techniek getest op foto's die met allerlei apparaten zijn gemaakt, van smartphones tot geavanceerde professionele camera's, en ontdekte dat dit consequent resulteerde in een snellere framesnelheid. Hoewel zorgvuldige verlichting vereist is, de methode is vrij algemeen, en is gebruikt om een ​​rijke verscheidenheid aan verschijnselen vast te leggen, van druppelinslagen tot breukmechanica.