zeitlupenkamera

Zeitlupenkamera mit 1 Billion Bilder in der Sekunde

Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben eine Zeitlupenkamera entwickelt, die 1 Billion Bilder in der Sekunde aufnehmen kann. Diese hohe Aufnahmefrequenz reicht aus, um erkennbar zu machen, wie sich Licht ausbreitet.

Die spezielle Kamera, die vom Media Lab des Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt wurde, ist schnell genug um die Ausbreitung des Lichts aufnehmen zu können. Die Zeitlupenkamera die im Englischen “Trillion Frames Camera” genannt wird, nimmt bis zu 1 Billion Bilder pro Sekunde auf.

Kamera nimmt 1 Billion Bilder pro Sekunde auf

Kamera nimmt 1 Billion Bilder pro Sekunde auf

Bei der Entwicklung machten sich die Forscher das Prinzip der Streak-Kamera zunutze. Bei diesem Prinzip gelangen Photonen durch einen Spalt in der Kamera und passiere dort ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld reflektiert die Photonen senkrecht zum Spalt. Es entsteht auf diese Weise ein zweidimensionales Bild, von denen aber nur eine Dimension Räumlich ist, und zwar das, welche dem Spalt entspricht. Die andere Dimension hängt vom Grad der Lenkung des elektischen Feldes ab und erfasst die Zeit.

Im eigentlichen Sinne wurde die Streak-Kamera für den Einsatz in der chemischen Forschung entwickelt und sollte es ermöglichen, die Wellenlänge einer Probe zu bestimmen. Dabei zeigt die Streak-Kamera auf, wie sich das emittierte Licht einer Probe im Zeitverlauf verändert. Das die Kamera dabei nur eine räumliche Dimension aufnimmt, spielt keine Rolle.

Es ist den MIT-Forschern Andreas Velten, Ramesh Raskar und Moungi Bawendi gelungen, zwei räumliche Dimensionen mit der Streak-Kamera aufzuzeichnen und so einen extremen Zeitlupeneffekt entstehen zu lassen. Die Forscher müssen dazu die Aufnahme wiederholt aufnehmen, die Kamera aber dabei mithilfe eines sich drehenden Spiegels neu positionieren um ein zeilenweises zweidimensionales Bild erfassen zu können.

Um eine fähige Aufnahme produzieren zu können, muss die Belichtung jeder einzelnen Aufnahme identisch sein. Nur so kann das Zeitlupenvideo später zusammengesetzt werden. Um die identische Belichtung zu gewährleisten und herstellen zu können, bedarf es modernster und hochwertiger optischer Geräte und einer sehr feinen mechanischen Kontrolle. Eine komplette Aufnahme dauert rund eine Stunde. Sie zeigt die Bewegung von Licht. Der MIT-Professor Raskar selbst nennt die Kamera die “weltweit langsamsten schnellsten Kamera”.

Sind die Bilder fertig aufgenommen, entstehen Hunderttausende von Datensätzen. Dabei beinhaltet eine Datenreihe die einzelnen Positionen der Photonen im Zeitablauf. Mit einem von Raskar und Velten selbstentwickelten Algorithmus werden die Daten zu zweidimensionalen Videosequenzen zusammensetzt. Das Verfahren ist aber nur mit Dingen möglich, die sich nicht bewegen.

Um solche Aufnahmen tätigen zu können, bedarf es einiges an sehr teurer Hardware. Die Streak-Kamera und der dazugehörige Laser kosten rund 250.000 US-Dollar.

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