[Worldkings] Top 50 trường Đại học có công trình nghiên cứu đổi mới sáng tạo (P. 15) Viện Công nghệ California (Hoa Kỳ): Công nghệ máy ảnh 3D mới đạt tốc độ 100 tỷ khung hình một giây

13-01-2023

(Kyluc.vn - Worldkings.org) Trong nỗ lực mang những chiếc máy ảnh nhanh hơn bao giờ hết đến với thế giới, Lihong Wang của Caltech đã phát triển công nghệ có thể đạt tốc độ chóng mặt 70 nghìn tỷ khung hình mỗi giây, đủ nhanh để thấy ánh sáng di chuyển. Công nghệ máy ảnh mới quay video cực nhanh ở chế độ ba chiều và có thể giúp giải đáp một số bí ẩn khoa học.

Giờ đây, phòng thí nghiệm của Wang đã tiến thêm một bước để tạo ra một chiếc máy ảnh không chỉ quay video với tốc độ cực nhanh mà còn quay được cả trong không gian ba chiều. Wang, Giáo sư Kỹ thuật Y tế và Kỹ thuật Điện Bren thuộc Khoa Kỹ thuật Y tế Andrew và Peggy Cherng, mô tả thiết bị này trong một bài báo mới trên tạp chí Nature Communications.

Máy ảnh mới, sử dụng công nghệ cơ bản giống như các máy ảnh chụp ảnh cực nhanh nén (CUP) khác của Wang, có khả năng chụp tới 100 tỷ khung hình mỗi giây. Tốc độ đó đủ nhanh để chụp 10 tỷ bức ảnh, nhiều hình ảnh hơn toàn bộ dân số thế giới, trong thời gian bạn chớp mắt.

 

Wang gọi phiên bản mới là "chụp ảnh siêu tốc được nén phân cực ba chiều bằng một lần chụp" hay SP-CUP.

Trong công nghệ CUP, tất cả các khung hình của video được ghi lại trong một hành động mà không lặp lại sự kiện. Điều này làm cho máy ảnh CUP cực kỳ nhanh (máy ảnh điện thoại di động tốt có thể chụp 60 khung hình mỗi giây). Wang đã thêm chiều thứ ba vào hình ảnh cực nhanh này bằng cách làm cho máy ảnh "nhìn" giống con người hơn.

Khi một người nhìn thế giới xung quanh, họ nhận thấy rằng một số vật thể ở gần họ hơn và một số vật thể ở xa hơn. Khả năng nhận thức chiều sâu như vậy là nhờ hai mắt của chúng ta, mỗi mắt quan sát các vật thể và môi trường xung quanh từ một góc độ hơi khác nhau. Thông tin từ hai hình ảnh này được não kết hợp thành một hình ảnh 3 chiều duy nhất.

"Máy ảnh bây giờ là dạng ba chiều," anh nói. "Chúng tôi có một thấu kính, nhưng nó hoạt động như hai nửa cung cấp hai chế độ xem có độ lệch. Hai kênh bắt chước mắt chúng ta." Giống như bộ não của chúng ta xử lý các tín hiệu mà nó nhận được từ mắt chúng ta, máy tính chạy máy ảnh SP-CUP sẽ xử lý dữ liệu từ hai kênh này thành một bộ phim ba chiều.

 

SP-CUP cũng có một cải tiến khác mà không con người nào có được: khả năng nhìn thấy sự phân cực của sóng ánh sáng.

Sự phân cực của ánh sáng đề cập đến hướng mà sóng ánh sáng dao động khi chúng di chuyển. Hãy xem xét một dây đàn guitar. Nếu kéo sợi dây lên trên (chẳng hạn bằng một ngón tay) rồi thả ra, sợi dây sẽ dao động theo phương thẳng đứng. Nếu ngón tay gảy ngang, dây sẽ rung theo phương ngang. Ánh sáng thông thường có sóng dao động theo mọi hướng. Tuy nhiên, ánh sáng phân cực đã bị biến đổi sao cho các sóng của nó đều dao động theo cùng một hướng. Điều này có thể xảy ra thông qua các phương tiện tự nhiên, chẳng hạn như khi ánh sáng phản chiếu khỏi bề mặt hoặc do thao tác nhân tạo, như xảy ra với các bộ lọc phân cực.

Mặc dù mắt chúng ta không thể phát hiện trực tiếp sự phân cực của ánh sáng, nhưng hiện tượng này đã được khai thác trong nhiều ứng dụng: từ màn hình LCD đến kính râm phân cực và thấu kính máy ảnh trong quang học đến các thiết bị phát hiện ứng suất ẩn trong vật liệu và cấu hình ba chiều của phân tử.

Wang nói rằng sự kết hợp giữa hình ảnh ba chiều tốc độ cao và việc sử dụng thông tin phân cực của SP-CUP khiến nó trở thành một công cụ mạnh mẽ có thể áp dụng cho nhiều vấn đề khoa học. Đặc biệt, anh hy vọng rằng nó sẽ giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về vật lý của hiện tượng phát quang siêu âm, một hiện tượng trong đó sóng âm thanh tạo ra các bong bóng nhỏ trong nước hoặc các chất lỏng khác. Khi các bong bóng nhanh chóng tan vỡ sau khi hình thành, chúng phát ra một chùm ánh sáng.

Các đồng tác giả là Jinyang Liang, trước đây thuộc Caltech, hiện đang làm việc tại Institut national de la recherche scientifique ở Quebec; Peng Wang, học giả sau tiến sĩ về kỹ thuật y tế; và Liren Zhu, cựu sinh viên tốt nghiệp của phòng thí nghiệm Wang. Tài trợ cho nghiên cứu được cung cấp bởi Viện Y tế Quốc gia.

 

Theo Liên minh Kỷ lục Thế Giới (Worldkings.org)


Kim Ngân - Vietkings (sưu tầm và biên dịch) (nguồn ảnh: internet)