Поверьте, нули в этой цифре — не опечатка. Да, в съёмке скрыты технические тонкости, но эта система позволяет запечатлеть распространение лазерного луча со скоростью до 2 млрд кадров в секунду в HD-разрешении.
Сверху встроено исходное видео, ниже — подробное описание технической схемы.
Принцип работы
Кратко: единичный фотоприёмник, поворотное зеркало, выборка сигнала с частотой 2 ГГц и многократное повторение цикла.
Теперь — более развернуто.
Выбор конфигурации
В современных условиях даже самые передовые камеры не способны снимать более 1–2 млн кадров в секунду при достойном разрешении — оно сравнимо с миниатюрной пикселизацией веб-значка.
Основные ограничения: разработка сверхбыстрых фотосенсоров и мгновенная передача массивных потоков данных в хранилище.
Несколько соседних высокочувствительных фотодатчиков вызывают взаимные наводки.
Чтобы передавать несжатые кадры 32×32 пикселя в 8-битном формате на 1 млн к/с, нужен канал около 1 ГБ/с.
Увеличение частоты в 2000 раз требует уже порядка 2 ТБ/с — весьма внушительный объём.
Для HD-разрешения объём данных поднимается до единиц петабайт в секунду.
Инженерные хитрости
При допущении повторяемости сцены и съёмки отдельных фрагментов поочерёдно можно увеличить частоту кадров и детализацию на несколько порядков.
Мы снимаем 1×1 пиксельные фрагменты с требуемой частотой и затем склеиваем их в полноценное видео.
Так формируется множество мини-видеороликов, которые объединяются в высококачественное HD-видео.
Отражающее зеркало
Поворотное зеркало перенаправляет свет из разных уголков сцены на единичный фотоприёмник.
Эта схема обеспечивает сканирование всей сцены с построчной развёрткой.
Процесс называется построчной развёрткой.
Оптическая система
Пара линз фокусирует отражённый от зеркала луч на фотоприёмник.
Подробнее об оптических объективах — на Wikipedia.
Фотоприёмник
В качестве сенсора используется вакуумный фотоумножитель, реагирующий даже на отдельные фотоны.
При попадании фотона на катод фотоумножителя увеличивается электронный поток, многократно усиленный в каскадах, что обеспечивает сверхвысокую чувствительность.
Излишняя чувствительность приводила к шумам — в затемнённом гараже сенсор всё равно регистрировал помехи.
Сбор и обработка данных
Оцифровка сигнала выполнялась осциллографом с выборкой 2 ГГц, запись запускалась по триггеру от электрического импульса, синхронизированного с пульсом лазера.
При использовании обоих каналов частота замера снижалась до 1 ГГц на вход. Затем специальное ПО объединяло однопиксельные кадры в готовый ролик.
Дополнительные замечания
Обе съёмки демонстрируют не сам лазерный луч, а свечение частиц пара, пыли или жидкости, возбужденных лазерными фотонами.
Первое видео изначально в градациях серого и затем окрашено в цвет лазерного излучения (когерентность), поскольку всё освещение сцены имеет одинаковую длину волны.
