Speed of Light Lingers in Face of New Camera - Işık Hızında Çalışan Bir Fotoğraf Makinesi
More than 70 years ago, the M.I.T. electrical engineer Harold (Doc) Edgerton began using strobe lights to create remarkable photographs: a bullet stopped in flight as it pierced an apple, the coronet created by the splash of a drop of milk.
Di Wu and Andreas Velten, MIT Media Lab
Now scientists at M.I.T.’s Media Lab are using an ultrafast imaging systemto capture light itself as it passes through liquids and objects, in effect snapping a picture in less than two-trillionths of a second.
The project began as a whimsical effort to literally see around corners — by capturing reflected light and then computing the paths of the returning light, thereby building images coming from rooms that would otherwise not be directly visible.
“When I said I wanted to build a camera that looks around corners, my colleagues said, ‘Pick something that is more safe for your tenure,’ ” said Ramesh Raskar, an associate professor of media arts and sciences at the Media Lab. “Now I have tenure, so I can say this is not so crazy.”
Dr. Raskar enlisted colleagues from the chemistry department to modify a “streak tube,” a supersensitive piece of laboratory equipment that scans and captures light. Streak tubes are generally used to intensify streams of photons into streams of electrons. They are fast enough to record the progress of packets of laser light fired repeatedly into a bottle filled with a cloudy fluid.
The instrument is normally used to measure laboratory phenomena that take place in an ultra-short timeframe. Typically, it offers researchers information on intensity, position and wavelength in the form of data, not an image.
By modifying the equipment, the researchers were able to create slow-motion movies, showing what appears to be a bullet of light that moves from one end of the bottle to the other. The pulses of laser light enter through the bottom and travel to the cap, generating a conical shock wave that bounces off the sides of the bottle as the bullet passes.
The streak tube scans and captures light in much the same way a cathode ray tube emits and paints an image on the inside of a computer monitor. Each horizontal line is exposed for just 1.71 picoseconds, or trillionths of a second, Dr. Raskar said — enough time for the laser beam to travel less than half a millimeter through the fluid inside the bottle.
To create a movie of the event, the researchers record about 500 frames in just under a nanosecond, or a billionth of a second. Because each individual movie has a very narrow field of view, they repeat the process a number of times, scanning it vertically to build a complete scene that shows the beam moving from one end of the bottle, bouncing off the cap and then scattering back through the fluid. If a bullet were tracked in the same fashion moving through the same fluid, the resulting movie would last three years.
“You can think of it as slow motion,” Andreas Velten, a postdoctoral researcher who is a member of the design team, said during a recent technical presentation. “It is so much slow motion you can see the light itself move. This is the speed of light: there’s nothing in the universe that moves faster.”
Dr. Raskar says the technology has a variety of promising commercial applications. Last year, for example, one of his graduate students, Jaewon Kim, published a thesis envisioning portable CAT-scanning devices.
Dr. Raskar said he could also envision smartphone software that would capture and interpret reflections from, say, fruit. “Imagine if you have this in your phone about 10 years from now,” he said. “You will be able to go to your supermarket and tell if your fruit is ripe.”
Until now, picosecond speeds have largely been the province of an elite group of scientists clustered at the nation’s weapons laboratories.
At Lawrence Livermore National Laboratory, Gary Jones is an optical physicist who builds ultrafast imaging systems that help characterize the first microseconds of events like laser fusion and nuclear explosions. “To get a two-dimensional image within a picosecond means you have to have a lot of electronics moving really fast,” he said.
For Dr. Raskar — who optimistically calls the project “femto photography,” using the term for quadrillionths of a second — it is about more than just engineering or science. “We were inspired by looking at the world in a unique way just because we could,” he said.
The system allows the naked eye to see information that has until now been rendered as data and charts. The proper analogy is to the way astronomers use instruments like radiotelescopes to create images with “fake” colors to see things in new ways — or to the original inspiration of Eadweard Muybridge, the 19th-century British photographer who achieved a new understanding of a horse’s gait by creating a camera array with electromagnetic shutters set off by tripwires.
“We’re still trying to get our heads around what this means,” Dr. Raskar said, “because no one has been able to see the world in this way before.”
By JOHN MARKOFF
Published: December 12, 2011
---
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nün Medya Laboratuarındaki araştırmacılar, ışığı sıvıların ve objelerin içinden geçerken yakalamak için ultra hızlı bir görüntüleme sistemi kullanıyor. Bu teknikle saniyenin trilyonda ikisinden az bir sürede resim çekebiliyorlar. Proje aslında "görülemeyeni görmek" yönünde tuhaf bir çaba olarak başladı. Amaç, yansıyan ışığı yakalamak ve ardından ışığın geri dönüş yollarını hesaplayıp başka türlü görülemeyecek odalarda bulunanları görüntülemekti. Medya Laboratuarı'nda medya sanatları ve bilimleri doçenti Ramesh Raskar, "Görülemeyeni gören bir kamera yapmak istediğimi söylediğimde, meslektaşlarım 'Üniversitede sürekli bir pozisyon istiyorsan başka bir konu seç' dediler. Şimdi sürekli bir pozisyonum var ve bu yüzden yaptığımın o kadar da çılgınca olmadığını söyleyebilirim" diyor. Raskar ışığı tarayıp yakalayan süper hassas bir laboratuar gereci olan "ışın tüpü"nü modifiye etmek için kimya bölümünden yardım aldı. Işın tüpleri, genelde foton akımlarını elektron akımları halinde yoğunlaştırmak için kullanılıyor. Bu tüpler, bulanık bir sıvıyla doldurulmuş bir şişenin içine tekrar tekrar verilen lazer ışığının ilerlemesini kaydedecek kadar hızlı. Söz konusu gereç normalde, çok kısa bir zaman aralığında gerçekleşen laboratuar deneylerini ölçmek için kullanılıyor.
Tipik olarak, araştırmacılara yoğunluk, konum ve dalga boyuna dair veri sunuyor ancak görüntü sunmuyor. Araştırmacılar ısın tüpünü modifiye ederek şişenin bir ucundan diğer ucuna hareket eden bir ışık atımının nasıl göründüğünü gösteren ağır çekim filmler oluşturmayı başardılar. Lazer ışığı atımları şişenin içinden geçerek uca doğru ilerliyor, bu da atım geçerken şişenin yanlarına çarpıp seken konik bir şok dalgası üretiyor. Işın tüpü ışığı, bir katot ışın tüpünün görüntüyü çıkarıp bilgisayar ekranına çizmesiyle hemen hemen benzer şekilde tarıyor ve yakalıyor. Her bir yatay ışık çizgisi sadece 1.71 pikosaniye (saniyenin trilyonda biri) beliriyor. Raskar'a göre bu, lazer ışınının sıvı boyunca yarım milimetre gitmesi için yeterli zaman. Olayı görüntülemek için araştırmacılar bir nanosaniyenin (veya saniyenin milyarda birinin) biraz altında 500'e yakın kareyi kaydediyor.
Her filmin dar bir görüntü alanı olduğu için, süreci belli sayıda tekrarlayarak, ışının şişenin bir ucundan hareket ettiğini, diğer uca çarptığını ve gerisin geri sıvının içinde dağıldığını gösteren bütünlüklü bir sahne oluşturacak şekilde süreci şişe boyunca tekrarlıyorlar. Bir atım, sıvı boyunca hareket ederken takip edilseydi, ortaya çıkan film üç yıl uzunluğunda olurdu. Tasarım ekibinin üyesi olan Yardımcı Doçent Andreas Velten, "Bunu bir ağır çekim olarak düşünebilirsiniz. O kadar ağır bir çekim ki, bizzat ışığın hareketini görebiliyorsunuz. Evrende daha hızlı hareket eden başka bir şey yok" diyor.
Raskar teknolojinin potansiyeli olan ticari uygulamaları olduğunu söylüyor. Sözgelimi geçen yıl yüksek lisans öğrencilerinden biri taşınabilir CAT tarama aygıtları tasarlayan bir tez yayınlamış. R askar, meyvelerden gelen yansımaları yakalayıp yorumlayacak akıllı telefon yazılımı da tasarlanabileceğini söylüyor. "10 yıl sonra telefonunuzda böyle bir şey olduğunu düşünün. Süpermarketinize gidip meyvenin olgun olup olmadığını anlayabileceksiniz."
Bugüne kadar pikosaniye hızları büyük oranda ülkenin silah laboratuarlarında çalışan seçkin bir bilim insanları grubunun alanıydı. Raskar için (ki projeyi, saniyenin kuadrilyonda biri için kullanılan terim üzerinden "femto fotoğrafçılık" diye adlandırıyor) bu mühendislikten veya bilimden öte bir konu. "Dünyaya eşi benzeri olmayan bir şekilde bakmak bize ilham verdi. Bu deneyi sadece yapabildiğimiz i çin y aptık" d iyor v e ekliyor: "Hâlâ bunun ne anlama geldiğini idrak etmeye çalışıyoruz, çünkü kimse daha önce dünyayı bu şekilde görebilme şansına sahip olmadı."
Thursday, January 05, 2012
|
Labels:
Nanotechnology,
Technology
|
Subscribe to:
Post Comments (Atom)
- Alternatif Yakıtlı Taşıtlar
- Alternative Energy
- Archieve
- Arkeoloji
- Bilim
- Çevre
- Economy
- Ekonomi
- Environment
- Genetik
- Health
- İnternet
- Inventions
- Kültür
- Life
- Material
- Mimari
- Nanotechnology
- Otomotiv
- Politics
- Politika
- Sağlık
- Sinema
- Technology
- Teknoloji
- Tıp
- Transportation
- Uzay
- Yaşam
- Yazılım
- Yeni Malzemeler
- Yenilenebilir Enerji
0 comments:
Post a Comment