Інженер-аматор зібрав у гаражі камеру, що знімає зі швидкістю 2 мільярди кадрів на секунду (3 фото + 3 відео)

Сьогодні, 05:14

Брайан Хайде продемонстрував роботу зібраної ним камери, яка фіксує 2 мільярди кадрів на секунду. З її допомогою він зняв рух світла.

У своєму гаражі ютубер Брайан Хайде, відомий у мережі як AlphaPhoenix, створив камеру, здатну знімати зі швидкістю два мільярди кадрів на секунду. Ця неймовірна швидкість дозволяє їй фіксувати рух світла повітря. Хайде продемонстрував результат своєї роботи у відеоролику, опублікованому 17 жовтня, де світлові промені переміщуються у повільній дії. Ця установка дозволяє глядачам побачити те, що раніше було лише теоретичним знанням: швидкість світла, що становить приблизно 30 сантиметрів за наносекунду, що застигла в окремих кадрах.

Саморобна камера ентузіаста використовує потужний лазер, промінь якого перетинає простір гаража, відбивається від дзеркала і рухається зигзагом між паралельними дзеркалами, перш ніж досягти стіни. Частинки туману у повітрі розсіюють світло, роблячи його видимим для сенсора. На швидкості в два мільярди кадрів за секунду промінь світла перетворюється на видовище, що зачаровує, веде себе дивним, майже фантастичним чином.

Раніше ютубер уже збудував камеру на один мільярд кадрів за секунду в 2024 році, проте для досягнення нового рекорду йому довелося повністю перезбирати систему. Він удосконалив мотори підвищення точності, посилив оптику отримання більш чітких зображень і переробив програмне забезпечення обробки величезних обсягів даних у часі. Ці покращення дозволили камері відобразити рух світла так, як ніколи раніше.

Зліва - кадр з камери з 1 млрд кадрів на секунду; праворуч - кадр з 2 млрд кадрів на секунд

Положення камери впливає на те, як виглядає світло. Коли вона розташована прямо позаду лазера, вихідний промінь здається повзучим, у той час як світло, що повертається, виглядає майже миттєвим. Це не є порушенням законів фізики. Ефект виникає тому, що світло, відбите від частинок поблизу камери, досягає сенсора швидше, ніж світло, відбите від далеких частинок. Коли Хайде переміщає камеру на інший бік гаража, ефект змінюється на протилежний: дальнє світло здається миттєвим, а ближній — запізнюючим.

Зняти повноцінне зображення на два мільярди кадрів за секунду за допомогою звичайних технологій неможливо. Хайде вирішив цю проблему, використовуючи маленьке дзеркало, закріплене на кардані, щоб спрямовувати лазерне світло на єдиний високочутливий сенсор. Кожен такий рух записує один піксель, які потім об'єднуються у повне зображення. Цей метод повільний, але надзвичайно точний, ефективно імітуючи роботу камери вартістю мільйони доларів із тисячами синхронізованих сенсорів. Для досягнення такого рівня точності Хайде замінив стандартні сервомотори на компоненти з високоточними енкодерами та зубчастими ременями, які контролюють рух дзеркала з точністю до частки градуса. Кожна деталь має значення, оскільки навіть найменші відхилення можуть зруйнувати зображення.

Електроніка системи не менш складна. Фотопомножувач перетворює вхідні фотони в електричні сигнали, які передаються коаксіальними кабелями на осцилограф, що робить два мільярди вибірок в секунду. Розробник придумав дотепний спосіб знизити шум, передаючи сигнал з фотоумножителя та синхроімпульс по одному кабелю, ретельно розрахувавши час їхнього незалежного прибуття. Ця комбінація оптики, електроніки та програмного забезпечення створює безшовну ілюзію запису повних кадрів із рекордною швидкістю.