In zijn zoektocht om steeds snellere camera's ter wereld te brengen, Lihong Wang van Caltech heeft technologie ontwikkeld die zinderende snelheden van 70 biljoen frames per seconde kan bereiken, snel genoeg om licht te zien reizen. Net als de camera in je mobiele telefoon, Hoewel, het kan alleen platte afbeeldingen produceren.

Nutsvoorzieningen, Wang's lab is een stap verder gegaan om een ​​camera te maken die niet alleen video opneemt met ongelooflijk hoge snelheden, maar dit ook in drie dimensies doet. Wang, Bren hoogleraar medische technologie en elektrotechniek aan de afdeling medische technologie van Andrew en Peggy Cherng, beschrijft het apparaat in een nieuw artikel in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

De nieuwe camera, die dezelfde onderliggende technologie gebruikt als Wang's andere gecomprimeerde ultrasnelle fotografie (CUP) camera's, kan tot 100 miljard frames per seconde opnemen. Dat is snel genoeg om 10 miljard foto's te maken, meer beelden dan de hele menselijke bevolking van de wereld, in de tijd die je nodig hebt om met je ogen te knipperen.

Wang noemt de nieuwe iteratie "single-shot stereo-polarimetrische gecomprimeerde ultrasnelle fotografie, " of SP-CUP.

In CUP-technologie, alle frames van een video worden in één actie vastgelegd zonder de gebeurtenis te herhalen. Dit maakt een CUP-camera extreem snel (een goede mobiele telefooncamera kan 60 frames per seconde opnemen). Wang voegde een derde dimensie toe aan deze ultrasnelle beelden door de camera meer te laten "zien" zoals mensen dat doen.

Als iemand naar de wereld om hem heen kijkt, ze zien dat sommige objecten dichterbij zijn, en sommige objecten zijn verder weg. Zo'n dieptewaarneming is mogelijk dankzij onze twee ogen, die elk objecten en hun omgeving vanuit een iets andere hoek observeren. De informatie uit deze twee beelden wordt door de hersenen gecombineerd tot één 3D-beeld.

De SP-CUP-camera werkt in wezen op dezelfde manier, zegt Wang.

"De camera is nu stereo, "zegt hij. "We hebben één lens, maar het functioneert als twee helften die twee weergaven van een offset voorzien. Twee kanalen bootsen onze ogen na."

Net zoals ons brein doet met de signalen die het van onze ogen ontvangt, de computer waarop de SP-CUP-camera draait, verwerkt de gegevens van deze twee kanalen tot één driedimensionale film.

SP-CUP beschikt ook over een andere innovatie die geen mens bezit:het vermogen om de polarisatie van lichtgolven te zien.

De polarisatie van licht verwijst naar de richting waarin lichtgolven trillen terwijl ze reizen. Overweeg een gitaarsnaar. Als het touwtje omhoog wordt getrokken (zeg, met een vinger) en vervolgens losgelaten, de snaar zal verticaal trillen. Als de vinger hem zijwaarts plukt, de snaar zal horizontaal trillen. Gewoon licht heeft golven die in alle richtingen trillen. Gepolariseerd licht, echter, is veranderd zodat de golven allemaal in dezelfde richting trillen. Dit kan op natuurlijke wijze gebeuren, zoals wanneer licht weerkaatst op een oppervlak, of als gevolg van kunstmatige manipulatie, zoals gebeurt met polarisatiefilters.

Hoewel onze ogen de polarisatie van licht niet direct kunnen detecteren, het fenomeen is in tal van toepassingen benut:van lcd-schermen tot gepolariseerde zonnebrillen en cameralenzen in optica tot apparaten die verborgen spanningen in materialen en de driedimensionale configuraties van moleculen detecteren.

Wang zegt dat de combinatie van snelle driedimensionale beelden van de SP-CUP en het gebruik van polarisatie-informatie het een krachtig hulpmiddel maakt dat van toepassing kan zijn op een breed scala aan wetenschappelijke problemen. Vooral, hij hoopt dat het onderzoekers zal helpen de fysica van sonoluminescentie beter te begrijpen, een fenomeen waarbij geluidsgolven kleine belletjes creëren in water of andere vloeistoffen. Omdat de bellen snel instorten na hun vorming, ze zenden een uitbarsting van licht uit.

"Sommige mensen beschouwen dit als een van de grootste mysteries in de natuurkunde, "zegt hij. "Als een zeepbel instort, het interieur bereikt zo'n hoge temperatuur dat het licht genereert. Het proces dat dit mogelijk maakt is erg mysterieus omdat het allemaal zo snel gaat, en we vragen ons af of onze camera ons kan helpen erachter te komen."