Любитель сконструировал в гараже камеру, способную снимать свет со скоростью 2 миллиарда кадров в секунду.

Новости МирТесен

энтузиаста использует мощный лазер, луч которого пересекает пространство гаража, отражается от зеркала и движется зигзагом между параллельными зеркалами, прежде чем достигнуть стены. Частички тумана в воздухе рассеивают свет, делая его видимым для сенсора. На скорости в два миллиарда кадров в секунду луч света превращается в завораживающее зрелище, ведущее себя странным, почти фантастическим образом.

Ранее ютубер уже создавал камеру, способную снимать с частотой один миллиард кадров в секунду, ещё в 2024 году. Однако для установления нового рекорда ему потребовалось полностью изменить конструкцию системы. Он модернизировал моторы для повышения точности, улучшил оптику для получения более качественных изображений и переработал программное обеспечение, предназначенное для обработки колоссальных объёмов данных в режиме реального времени. Благодаря этим изменениям камере удалось зафиксировать движение света с беспрецедентной детализацией.

Расположение камеры определяет восприятие света. Если камера находится непосредственно за лазером, то исходящий луч воспринимается как движущийся медленно, а возвращающийся свет кажется практически мгновенным. Это не противоречит законам физики. Причина эффекта заключается в том, что свет, отражённый от частиц, находящихся рядом с камерой, достигает сенсора быстрее, чем свет, отражённый от более удалённых частиц. Переместив камеру на противоположную сторону гаража, Хайдет наблюдает обратный эффект: свет от дальних объектов кажется мгновенным, а свет от близких – запаздывающим.

Создание полномасштабного изображения с частотой два миллиарда кадров в секунду недоступно с использованием традиционных методов. Хайдет решил эту задачу, применив небольшое зеркало, установленное на кардане, для направления лазерного луча на единственный высокочувствительный сенсор. Каждое перемещение зеркала фиксирует один пиксель, которые впоследствии объединяются в итоговое изображение. Данный подход достаточно медленный, но отличается исключительной точностью, фактически воспроизводя работу камеры, стоимость которой исчисляется миллионами долларов, оснащенной тысячами синхронизированных сенсоров. Чтобы обеспечить столь высокий уровень точности, Хайдет заменил обычные сервомоторы на компоненты с высокоточными энкодерами и зубчатыми ремнями, контролирующими перемещение зеркала с точностью до доли градуса. Важна каждая деталь, поскольку даже незначительные отклонения могут привести к искажению изображения.

Система электроники достаточно сложна. Фотоумножитель конвертирует входящие фотоны в электрические сигналы, которые по коаксиальным кабелям поступают на осциллограф, осуществляющий до двух миллиардов выборок в секунду. Чтобы уменьшить уровень шума, разработчик предложил оригинальное решение: передавать сигнал с фотоумножителя и синхроимпульс по одному кабелю, точно рассчитав время их раздельного прихода. Сочетание оптики, электроники и программного обеспечения обеспечивает иллюзию записи полных кадров с рекордной скоростью.