ابتكر العلماء كاميرا علمية فائقة السرعة تلتقط الصور بمعدل تشفير يبلغ 156.3 تيراهيرتز (THz) لكل بكسل فردي، أي ما يعادل 156.3 تريليون إطار في الثانية. يمكن لهذه الكاميرا البحثية، التي يطلق عليها اسم SCARF (التصوير الفوتوغرافي للفتحة المشفرة في الوقت الحقيقي)، أن تؤدي إلى اختراقات في مجالات دراسة الأحداث الصغيرة التي تأتي وتذهب بسرعة كبيرة جدًا بالنسبة لأجهزة الاستشعار العلمية الأكثر تكلفة اليوم.
نجح SCARF في التقاط أحداث فائقة السرعة مثل الامتصاص في أشباه الموصلات وإزالة المغناطيسية من سبيكة معدنية. يمكن أن يفتح البحث آفاقًا جديدة في مجالات متنوعة مثل آليات موجات الصدمة أو تطوير أدوية أكثر فعالية.
وكانت قيادة فريق البحث البروفيسور جينيانج ليانج من المعهد الوطني للبحث العلمي (INRS) في كندا. وهو رائد معترف به عالميًا في مجال التصوير الفوتوغرافي عالي السرعة، وقد اعتمد على نتائج دراسة منفصلة أجريت قبل ستة أعوام. وكان البحث الحالي نشرت في طبيعة, ملخص في بيان صحفي لـ INRS والأول ذكرت على بواسطة العلوم اليومية.
قام البروفيسور ليانغ وشركته بتكييف أبحاثهم كرؤية جديدة للكاميرات فائقة السرعة. عادةً ما تستخدم هذه الأنظمة نهجًا تسلسليًا: التقاط الصور واحدة تلو الأخرى وتجميعها معًا لمراقبة الأجسام المتحركة. لكن هذا النهج له حدود. وقال ليانغ: “على سبيل المثال، لا يمكن دراسة ظواهر مثل الاستئصال بالليزر الفيمتو ثانية، وتفاعل موجة الصدمة مع الخلايا الحية، والفوضى البصرية بهذه الطريقة”.
تعتمد الكاميرا الجديدة على أبحاث ليانغ السابقة لقلب المنطق التقليدي للكاميرات عالية السرعة. وكتبت جولي روبرت، مديرة الاتصالات في INRS، في بيان صحفي: “إن SCARF يتغلب على هذه التحديات”. “تسمح طريقة التصوير الخاصة بها بإجراء مسح فائق السرعة لفتحة مشفرة ثابتة دون قطع ظاهرة السرعة الفائقة. يوفر هذا معدلات ترميز تسلسل كامل تصل إلى 156.3 هرتز للبكسلات الفردية الموجودة على كاميرا الجهاز المزدوج الشحن (CCD). يمكن الحصول على هذه النتائج دفعة واحدة بمعدلات إطارات قابلة للتعديل ومقاييس مكانية في وضع الانعكاس والإرسال.
بعبارات مبسطة للغاية، هذا يعني أن الكاميرا تستخدم طريقة التصوير الحسابي لالتقاط المعلومات المكانية عن طريق السماح للضوء بالدخول إلى مستشعرها في أوقات مختلفة قليلاً. يعد عدم الاضطرار إلى معالجة البيانات المكانية في الوقت الحالي جزءًا مما يسمح للكاميرا بالتقاط نبضات الليزر “المرحة” السريعة للغاية بمعدل يصل إلى 156.3 تريليون مرة في الثانية. ويمكن بعد ذلك معالجة بيانات الصورة الأولية بواسطة خوارزمية حاسوبية تقوم بفك تشفير المدخلات ذات النطاق الزمني، وتحويل كل مليار من الصور إلى صورة كاملة.
ومن اللافت للنظر أنها فعلت ذلك “باستخدام مكونات بصرية سلبية ومتاحة تجاريًا”، كما تصف الورقة البحثية. يصف الفريق SCARF بأنه منخفض التكلفة، واستهلاك منخفض للطاقة، وجودة قياس عالية مقارنة بالتقنيات الحالية.
على الرغم من أن SCARF يركز على الأبحاث أكثر من المستهلكين، إلا أن الفريق يعمل بالفعل مع شركتين، Axis Photonics وFew-Cycle، لتطوير إصدارات تجارية، من المفترض أنها تستهدف أقرانهم في التعليم العالي أو العلماء الآخرين.
وللحصول على شرح تقني أكثر للكاميرا وتطبيقاتها المحتملة يمكنك ذلك انظر المقال كاملا في طبيعة.
