Un appareil photo ultrarapide filme des films 3D à 100 milliards d’images par seconde –

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  • Dans sa quête pour apporter des caméras toujours plus rapides au monde, Lihong Wang de Caltech a développé une technologie capable d’atteindre des vitesses fulgurantes de 70 trillions d’images par seconde, assez rapidement pour voir voyager la lumière. Tout comme l’appareil photo de votre téléphone portable, il ne peut produire que des images plates.

    Maintenant, le laboratoire de Wang est allé plus loin pour créer une caméra qui non seulement enregistre des vidéos à des vitesses incroyablement rapides, mais le fait en trois dimensions. Wang, professeur Bren de génie médical et de génie électrique au département de génie médical Andrew et Peggy Cherng, décrit l’appareil dans un nouvel article de la revue Communications de la nature.

    Le nouvel appareil photo, qui utilise la même technologie sous-jacente que les autres appareils photo compressés ultra-rapides (CUP) de Wang, est capable de prendre jusqu’à 100 milliards d’images par seconde. C’est assez rapide pour prendre 10 milliards de photos, plus d’images que l’ensemble de la population humaine du monde, dans le temps qu’il vous faut pour cligner des yeux.

    Wang appelle la nouvelle itération «photographie ultra-rapide compressée stéréo-polarimétrique mono-coup» ou SP-CUP.

    Dans la technologie CUP, toutes les images d’une vidéo sont capturées en une seule action sans répéter l’événement. Cela rend un appareil photo CUP extrêmement rapide (un bon appareil photo pour téléphone portable peut prendre 60 images par seconde). Wang a ajouté une troisième dimension à cette imagerie ultrarapide en faisant en sorte que la caméra «voit» davantage comme les humains.

    Lorsqu’une personne regarde le monde qui l’entoure, elle perçoit que certains objets sont plus proches d’eux et que certains objets sont plus éloignés. Une telle perception de la profondeur est possible grâce à nos deux yeux, dont chacun observe les objets et leur environnement sous un angle légèrement différent. Les informations de ces deux images sont combinées par le cerveau en une seule image 3D.

    La caméra SP-CUP fonctionne essentiellement de la même manière, dit Wang.

    «La caméra est désormais stéréo», dit-il. “Nous avons un objectif, mais il fonctionne comme deux moitiés qui fournissent deux vues avec un décalage. Deux canaux imitent nos yeux.”

    Tout comme notre cerveau le fait avec les signaux qu’il reçoit de nos yeux, l’ordinateur qui exécute la caméra SP-CUP traite les données de ces deux canaux en un film en trois dimensions.

    SP-CUP présente également une autre innovation qu’aucun humain ne possède: la capacité de voir la polarisation des ondes lumineuses.

    La polarisation de la lumière fait référence à la direction dans laquelle les ondes lumineuses vibrent lorsqu’elles se déplacent. Considérez une corde de guitare. Si la corde est tirée vers le haut (par exemple, par un doigt) puis relâchée, la corde vibre verticalement. Si le doigt le pince sur le côté, la corde vibre horizontalement. La lumière ordinaire a des ondes qui vibrent dans toutes les directions. La lumière polarisée, cependant, a été modifiée de sorte que ses ondes vibrent toutes dans la même direction. Cela peut se produire par des moyens naturels, comme lorsque la lumière se reflète sur une surface, ou à la suite d’une manipulation artificielle, comme cela se produit avec les filtres polarisants.

    Bien que nos yeux ne puissent pas détecter directement la polarisation de la lumière, le phénomène a été exploité dans une gamme d’applications: des écrans LCD aux lunettes de soleil polarisées et aux lentilles de caméra dans l’optique aux dispositifs qui détectent les contraintes cachées dans les matériaux et les configurations tridimensionnelles des molécules.

    Wang dit que la combinaison de l’imagerie tridimensionnelle à grande vitesse de la SP-CUP et de l’utilisation des informations de polarisation en fait un outil puissant qui peut être applicable à une grande variété de problèmes scientifiques. En particulier, il espère que cela aidera les chercheurs à mieux comprendre la physique de la sonoluminescence, un phénomène dans lequel les ondes sonores créent de minuscules bulles dans l’eau ou d’autres liquides. Alors que les bulles s’effondrent rapidement après leur formation, elles émettent un éclat de lumière.

    «Certaines personnes considèrent que c’est l’un des plus grands mystères de la physique», dit-il. “Lorsqu’une bulle s’effondre, son intérieur atteint une température si élevée qu’elle génère de la lumière. Le processus qui fait que cela se produit est très mystérieux car tout se passe si vite, et nous nous demandons si notre appareil photo peut nous aider à le comprendre.”

    L’article décrivant le travail, intitulé «Photographie ultra-rapide compressée stéréo-polarimétrique mono-coup pour l’observation à la vitesse de la lumière des transitoires optiques de haute dimension avec une résolution picoseconde», paraît dans le numéro du 16 octobre de Communications de la nature. Les co-auteurs sont Jinyang Liang, anciennement de Caltech maintenant à l’Institut national de la recherche scientifique du Québec; Peng Wang, chercheur postdoctoral en génie médical; et Liren Zhu, une ancienne étudiante diplômée du laboratoire Wang.

    Le financement de la recherche a été fourni par les National Institutes of Health.

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