Caltech､超高速カメラ､1000億 fpsで3Dムービーを撮影

December, 28, 2020, Pasadena--CaltechのLihong Wangは、世界最高速カメラを実現するために、70兆フレーム/秒の超高速に達する技術を開発した｡これは､伝搬する光を見ることができる速さである｡携帯電話のカメラのように､それはフラットな画像しか生成できない｡
　研究チームは､さらに一歩進めて,信じられないほどの高速で記録するビデオだけでなく、3Dで記録するカメラを開発した｡研究成果は､Nature Communicationsに発表された｡

新しいカメラは､Wangの他の圧縮超高速写真(CUP)カメラと同じ基礎技術を使っており､1秒に1000億までのフレームを撮ることができる｡
　同氏はその新しい反復｢シングルショットステレオ偏光圧縮超高速写真｣をSP-CUPと呼んでいる｡

CUP技術では､ビデオの全フレームが､イベントを繰り返すことなく1回の操作で撮られる｡こによりCUPカメラは超高速になる(優れた携帯電話カメラは60fps)｡Wangは､カメラが人と同様に｢見る｣ことができるようにして､この超高速画像に3次元(3D)を追加した｡

人が周囲の世界を見るとき､ある物体はより近く､またある物体は遠く離れていることを知覚する｡そのような奥行き知覚は､2つの眼により可能になる｡それぞれが､わずかに異なる角度から物体やその周囲を観察する｡これら二つの画像からの情報が脳によって統合されて単一の3D画像が生成される｡

SP-CUPカメラの機能は本質的に同じである｡

｢そのカメラは､今ではステレオである｡レンズは一つだが､オフセットにより2つの視野を提供する二等分として機能にする｣｡

われわれの脳が､眼から受け取る信号で機能するのと同様に､SP-CUPカメラを走らすコンピュータは､これら2つのchからのデータを処理して､一つの3Dムービーにする｡

SP-CUPには､人間にはない別のイノベーションもある｡光波の偏光を見る能力である｡

光の偏光は､光が進行する際に光波の方向が振動することを言う｡弦を上に引き(例えば指で)､次に話すと､弦は垂直に振動する｡それを指で横方向にはじくと､弦は水平に振動する｡通常の光の波は､全ての方向に振動するが､偏光は､その波が全て同じ方向に振動するように変えられている｡これは自然な手段で起こることがあり得る｡例えば､光が平面で反射される､あるいは人工的操作の結果として､偏光フィルタによって起こるようにできる｡

われわれの目は､光の偏光を直接検出できないが､その現象は､幅広いアプリケーションで利用されている｡LCDスクリーン､偏光サングラス､光学部品のカメラレンズから､材料の隠れたを応力や分子の3D構成を検出するデバイスまでである｡

Wanによると､SP-CUPの高速3D画像と偏光情報利用の統合ににより､幅広い科学的問題に適用できる強力なツールが実現する｡特に､ソノルミネセンスの理解向上に役立つと同氏は期待している｡これは､音波が水や他の液体中に微小な泡を発生させる現象｡泡は､形成されると直ぐに潰れ､光のバーストを放出する｡

｢これは物理学における最大のミステリーの一つであると考える人もいる｡泡が崩壊すると､その内部が､光を生成するほどの高温に達する｡これを起こすプロセスは､極めてミステリアスである｡それが非常に高速に起こるからである｡われわれのカメラは､その解明に役立つのではないか｣と同氏はコメントしている｡

(詳細は､https://www.caltech.edu/)