Kanadische Ingenieure des INRS Énergie Matériaux Telecommunication Research Center haben die schnellste Kamera der Welt entwickelt, die 156,3 Billionen Bilder pro Sekunde (fps) aufnehmen kann.
Simulation des weltweit schnellsten Kamerasystems SCARF. Foto: INRS
Die besten Zeitlupenkameras für Smartphones arbeiten typischerweise mit einigen hundert Bildern pro Sekunde. Professionelle Videokameras können für einen flüssigeren Effekt mehrere tausend Bilder pro Sekunde aufnehmen. Wollen Forscher jedoch sehen, was im Nanobereich passiert, benötigen sie eine Bildrate von Milliarden oder sogar Billionen Bildern pro Sekunde. Laut New Atlas kann die neue Kamera des INRS-Teams Ereignisse erfassen, die sich in wenigen Femtosekunden abspielen (eine Femtosekunde ist ein Millionstel einer Milliardstel Sekunde).
Das Team baute auf einer 2014 entwickelten Technologie namens Compressed Ultrafast Photography (CUP) auf, die 100 Milliarden Bilder pro Sekunde erfassen kann. Die nächste Stufe heißt T-CUP, wobei T für „Billionen Bilder pro Sekunde“ steht. Wie der Name schon sagt, kann T-CUP bis zu 10 Billionen Bilder pro Sekunde erfassen. Im Jahr 2020 erhöhten die Forscher diese Zahl mit einer Version namens Compressed Ultrafast Spectral Imaging (CUSP) auf 70 Billionen Bilder pro Sekunde.
Nun haben sie diese Geschwindigkeit auf 156,3 Billionen Bilder pro Sekunde verdoppelt. Das neue Kamerasystem, genannt „Scanning-Aperture-Coded Real-Time Femtosecond“ (SCARF), kann Ereignisse erfassen, die für frühere Versionen der Technologie zu schnell ablaufen, wie etwa Stoßwellen, die sich durch Materie oder lebende Zellen bewegen.
SCARF funktioniert durch das Aussenden eines ultrakurzen Laserlichtimpulses, der das zu fotografierende Ereignis oder Objekt durchdringt. Beim Fotografieren eines Regenbogens zeichnet zuerst die rote Wellenlänge das Ereignis auf, gefolgt von Orange, Gelb und schließlich Violett. Da das Ereignis so schnell abläuft, erscheint jede Farbe beim Durchlaufen anders, sodass der Laserimpuls alle Veränderungen in kürzester Zeit erfassen kann. Anschließend durchläuft der Impuls eine Reihe von Komponenten, die ihn fokussieren, reflektieren, beugen und kodieren, bis er den Sensor einer CCD-Kamera (Charge-Coupled Device) erreicht, die ihn in Daten umwandelt, die ein Computer zum endgültigen Bild rekonstruieren kann.
Laut dem Team wird ihr Kamerasystem dazu beitragen, Bereiche wie Geographie, Biologie, Chemie, Materialwissenschaften und Ingenieurwesen zu verbessern. Sie beschrieben das Gerät in einem Artikel in der Fachzeitschrift Nature Communications.
An Khang (Laut New Atlas )
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