Инженер-любитель собрал в гараже камеру, снимающую со скоростью 2 миллиарда кадров в секунду

Брайан Хайдет продемонстрировал работу собранной им камеры, которая фиксирует 2 миллиарда кадров в секунду. С ее помощью он заснял движение света.                                    



В своём гараже ютубер Брайан Хайдет, известный в сети как AlphaPhoenix, создал камеру, способную снимать со скоростью два миллиарда кадров в секунду. Эта невероятная скорость позволяет ей фиксировать движение света в воздухе. Хайдет продемонстрировал результат своей работы в видеоролике, опубликованном 17 октября, где световые лучи перемещаются в замедленном действии. Данная установка позволяет зрителям увидеть то, что раньше было лишь теоретическим знанием: скорость света, составляющую примерно 30 сантиметров за наносекунду, застывшую в отдельных кадрах. Самодельная камера 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 построил камеру на один миллиард кадров в секунду в 2024 году, однако для достижения нового рекорда ему пришлось полностью пересобрать систему. Он усовершенствовал моторы для повышения точности, усилил оптику для получения более чётких изображений и переработал программное обеспечение для обработки огромных объёмов данных в реальном времени. Эти улучшения позволили камере запечатлеть движение света так, как никогда прежде.

Положение камеры влияет на то, как выглядит свет. Когда она расположена прямо позади лазера, исходящий луч кажется ползущим, в то время как возвращающийся свет выглядит почти мгновенным. Это не является нарушением законов физики. Эффект возникает потому, что свет, отражённый от частиц вблизи камеры, достигает сенсора быстрее, чем свет, отражённый от более далёких частиц. Когда Хайдет перемещает камеру на другую сторону гаража, эффект меняется на противоположный: дальний свет кажется прибывающим мгновенно, а ближний - запаздывающим. Снять полноценное изображение на два миллиарда кадров в секунду с помощью обычных технологий невозможно. Хайдет решил эту проблему, используя маленькое зеркало, закреплённое на кардане, чтобы направлять лазерный свет на единственный высокочувствительный сенсор. Каждое такое движение записывает один пиксель, которые затем объединяются в полное изображение. Этот метод медленный, но чрезвычайно точный, эффективно имитируя работу камеры стоимостью в миллионы долларов с тысячами синхронизированных сенсоров. Для достижения такого уровня точности Хайдет заменил стандартные сервомоторы на компоненты с высокоточными энкодерами и зубчатыми ремнями, которые контролируют движение зеркала с точностью до доли градуса. Каждая деталь имеет значение, поскольку даже малейшие отклонения могут разрушить изображение. Электроника системы не менее сложна. Фотоумножитель преобразует входящие фотоны в электрические сигналы, которые передаются по коаксиальным кабелям на осциллограф, делающий два миллиарда выборок в секунду. Разработчик придумал остроумный способ снизить шум, передавая сигнал с фотоумножителя и синхроимпульс по одному кабелю, тщательно рассчитав время их независимого прибытия. Эта комбинация оптики, электроники и программного обеспечения создаёт бесшовную иллюзию записи полных кадров с рекордной скоростью.