Abychom mohli pozorovat a zaznamenávat události, které se odehrávají velmi rychle, jako například rázové vlny, neutrální aktivitu mozku či komunikaci mezi živými buňkami, je třeba zachytit miliony, nebo dokonce miliardy obrazů za vteřinu. Až donedávna však žádná kamera takové možnosti nejen nenabízela, ale dokonce se jim ani nepřibližovala.
Záznam obrazu při vysokých rychlostech
Na trhu jsou k mání kamery schopné pořídit řádově tisíc snímků za sekundu, pro natáčení efektních filmů to sice plně dostačuje, ovšem pro záznam fyzikálních a biologických dějů, které probíhají na mikroskopické či ještě nižší úrovni, je bohužel použít nelze.
Naproti tomu nový typ ultrarychlé kamery umí zachytit každou vteřinu až 6 milionů obrázků. Její expoziční doba (rychlost závěrky) činí pouhých 450 pikosekund, tedy 450 x 1012 sekundy.
Kamera bez CCD
Digitální kamery fungují na bázi světelných snímačů, kterými mohou být buď CCD (Charge-Coupled Device), nebo CMOS (Complementary Metal–Oxide–Semiconductor). Nová filmová kamera ale nic takového nepotřebuje. Snímky pořizuje pomocí velmi krátkých laserových pulzů – světelných záblesků, které netrvají déle než miliardtinu sekundy.
Každý laserový záblesk je převeden do sériového datového toku, který spíš než výstupní signál z kamery připomíná data z vláken optických sítí. Za použití Fourierovy transformace jsou pulzy, z nichž každý obsahuje jeden celý obraz, zesíleny a současně zpomaleny tak, aby je následně mohl zpracovat elektronický digitizér.
Nejrychlejší kamera světa
Vysokorychlostní filmování provází nemálo obtíží, hlavní problém představuje fakt, že čím vyšší je rychlost záznamu, tím menší je citlivost kamery. Je nasnadě proč: když zvyšujeme rychlost záznamu, zároveň zkracujeme dobu, po kterou kamera může sbírat fotony tvořící výsledný obraz.
Kromě slabšího signálu (díky menšímu počtu zaznamenaných fotonů) se navíc celý systém stává náchylnější na tepelný šum. Díky použité technologii STEAM (serial time-encoded amplified microscopy) se ale losangeleským výzkumníkům všechny tyto nesnáze podařilo překonat.
"Naše technologie STEAM umožňuje kontinuální snímání obrazu v reálném čase, se snímací frekvencí vyšší než 6 MHz," tvrdí Keisuke Goda, který spolu s Kevinem Tsiaou a Bahramem Jalalim nejrychlejší kameru na světě vyvinul. Nový typ kamery bude podle nich možné využívat zejména při studiu rychle probíhajících fyzikálních, chemických a biologických jevů.
Ultrarychlá kamera v akci
Jedna z možností využití ultrarychlé kamery se nabízí při tzv. průtokové cytometrii, technice, která se zabývá analýzou buněk. Metoda se například používá při krevních testech. Tradiční cytometrie sice umožňuje získat o jednotlivých buňkách mnoho zajímavých a důležitých údajů (počet, velikost, ph atd.), ale obraz jedné každé buňky s ní dostat nelze, neboť dosud používané kamery nejsou ani dost rychlé ani dost citlivé.
Buněčné snímky jsou velmi důležité pro rozlišení zdravých a nemocných buněk. Biologové dnes buňky fotografují pod mikroskopem, což je příliš zdlouhavé, a navíc ne moc přesné. K lepším výsledkům by mohla přispět právě nově vyvinutá kamera. Její použití v biologickém a biomedicínském výzkumu by jistě stálo za to.
Zdroj:
www.ucla.edu
www.wired.com
Vizualizace funkce kamery na YouTube
