使用世界上最快相機對光學混沌進行實時監測

2021-02-25 光行天下

生活中的某些事情可以很好地預測：例如潮水漲落、月亮起伏不定、撞球會根據有序的幾何形狀在桌子周圍彈跳。 
 
然後，有一些事情使人們無法輕易預測：颶風在沒有預警的情況下改變了方向、飛濺在噴泉中的水、從一棵樹上生長出來的優美的樹枝無序。 
 
這些現象和其他類似現象可以描述為混沌系統，並且以表現出最初可預測的行為而著稱，但隨著時間的流逝變得越來越隨機。 
 
由於混沌系統在我們周圍的世界中發揮著重要作用，因此科學家和數學家長期以來一直在尋求更好地理解它們。現在，加州理工學院醫學工程系Andrew和Peggy Cherng的Bren教授，加州理工學院的Lihong Wang開發了一種新工具，可以幫助完成這一任務。 
在最新一期的《科學進展》中，Wang描述了他如何使用自己設計的超快相機以每秒10億幀的速度錄製視頻，以觀察雷射在專門設計為引起混沌反射的腔室內的運動。 
 

 
Wang說有些空腔是非混沌的，因此光的傳播路徑是可以預測的。但是在當前的工作中，他和他的同事們已經使用那臺超快相機作為研究混沌腔的工具，每次重複實驗時，光都會以不同的路徑傳播。 
 
該相機利用了一種稱為壓縮超快速攝影（CUP）的技術，Wang在其他研究中證明了這種技術能夠以高達每秒70萬億幀的速度進行拍攝。CUP攝像機拍攝視頻的速度使其能夠在行進時看到光-這是宇宙中最快的事物。 
 
但是CUP攝像機還有另一個功能，使其特別適合研究混沌系統。與傳統的攝像機一次拍攝一幀視頻不同，CUP攝像機實際上一次拍攝所有幀。這使攝像機可以一次性捕獲整個腔室內的整個雷射束混沌路徑。 這很重要，因為在混沌系統中，每次的行為都是不同的。如果攝像機僅捕獲了動作的一部分，則永遠不會研究未記錄的行為，因為再也不會以完全相同的方式發生行為。這就像嘗試拍攝一隻鳥，但是使用只能同時捕獲一個身體部位的相機；而且，每當這隻鳥降落在您附近時，它都會是一個不同的物種。儘管您可以嘗試將所有照片組合成一個合成的鳥圖像，但那隻鵝卵石將變成一個烏鴉的喙，鸛的脖子，鴨的翅膀，鷹的尾巴和腿。一隻雞。不完全有用。 
 
Wang說，他的CUP攝像機捕捉光的混沌運動的能力可能為光學混沌的研究注入新的活力，光學混沌在物理，通信和密碼學領域都有應用。 
 
他說：「前一段時間這是一個非常熱門的領域，但是它已經消失了，也許是因為我們沒有所需的工具。實驗主義者失去了興趣，因為他們無法進行實驗，理論家失去了興趣，因為他們無法通過實驗驗證其理論。這是一個有趣的演示，向該領域的人們展示了他們最終擁有一種實驗工具。」 
 
描述該研究的論文名為「光學混沌的實時觀察和控制」，發表在1月13日的《科學進展》上。 
 
原文連結：https://phys.org/news/2021-01-chaos-world-fastest-cameras.html

2021年光行天下廣告位開始預訂：

詳情查看：http://www.opticsky.cn/read-htm-tid-139367.html

光行天下：http://www.opticsky.cn
廣告合作：QQ 9652202 微信號 cyqdesign

免費人才與求職平臺：http://hr.opticsky.cn

稿件投遞：service@opticsky.cn（光電相關）

您的支持，是我們堅持的動力！點讚(￣▽￣)哦！

相關焦點

  • 我委支持建設的LAMOST望遠鏡發展一種實時監測望遠鏡性能的新技術
    近日，中科院南京天文光學技術研究所研究團隊利用LAMOST望遠鏡導星相機數據，結合機器學習算法，提出了一種望遠鏡性能監測的新技術，該技術可以實時監測望遠鏡的性能，確保其以最佳狀態投入觀測。相關研究發表在國際知名天文期刊《皇家天文學會月刊》上。
  • 望遠鏡也能機器學習:故障和問題實時監測,準確率96.7%
    而望遠鏡是一個包含多個子系統的複雜系統，為保障望遠鏡始終工作在性能最佳狀態，每次望遠鏡開始觀測前，維護人員需要花費數個小時對它的各個子系統進行全面檢查，開始觀測後也迫切需要對望遠鏡的實際性能進行實時監測。望遠鏡的性能監測指的是在望遠鏡觀測過程中對望遠鏡的光學性能和指向跟蹤性能的表現進行評價。
  • SPECIM發布世界上成像速度最快的高光譜相機-FX 10
    2016年6月15日，芬蘭SPECIM（Spectral Imaging Ltd.）正式發布世界上成像速度最快的高光譜相機FX系列-FX 10。新產品FX 10 為可見光近紅外波段VNIR（400-1000nm）高光譜相機，具有高靈敏度和高信噪比，靈活的波段選擇使相機速度最快可達9900FPS（frames per second），十分適合高速的工業生產應用。
  • 新加坡大學開發超快相機 讓汽車無人機視力更好
    最近，南洋理工大學的研究人員開發了一款超快、超高對比度相機，如果將這款相機安裝在無人駕駛汽車、無人機上，它們就可以增強「視力」，看路看得更清楚，即使打雷下雨狂風暴雪，汽車處理起來也會更容易。我們現在看到的相機都是光學相機，如果光線太強相機就會「失明」，如果太黑暗又看不清楚。南洋理工大學開發的相機是一款智能相機，它可以實時拍攝最細微的動作，看清小東西。
  • 生物量實時監測測系統– CGQ
    CGQ （Cell Growth Quantifier）系統，是一種在線實時監測搖瓶中生物量設備，通過搖瓶底部光學檢測器，對培養物進行實時跟蹤檢測。測量時不需要將搖瓶從搖床中取出，也無需停止搖床運作，CGQ 系統通過專利的光學測量技術，自動監測生物量濃度。使用CGQ可以獲取高準確率的生物生長動力學曲線。
  • 可實時監測糖尿病傷口狀態和葡萄糖的新型水凝膠敷料光學傳感器
    糖尿病性潰瘍是世界上最常見的慢性創傷。雖然科學家已經付出了巨大的努力，糖尿病潰瘍仍然是一個挑戰，需要不斷監測和管理。 針對糖尿病傷口監測和癒合 ，天津大學化工學院張雷教授課題組在糖尿病傷口監測和促癒合方面取得最新進展，開發了一個多功能的兩性離子凝膠創傷敷料作為一個光學傳感器同時監測糖尿病傷口治療的pH值和葡萄糖水平(圖1)。
  • 瑞典發明世界上最快相機 每秒拍攝五萬億張圖像
    瑞典隆德大學的一個研究小組展示了一款能夠每秒拍攝約五萬億張圖像的相機。這不是每秒五萬億個離散幀，為了精細地分割時間，相機從單個幀中拉出幾張圖像，當「快門」打開時，幾個不同的雷射燈照射對象。每個雷射閃光燈被視覺編碼，因此可以使用解密密鑰將其與幀中的其餘信息分離。這款相機和東京大學之前的「世界上最快相機」記錄持有者非常相似，它每秒處理4.4萬億幀圖像。
  • 超快光學:沒有最快,只有更快
    答案是採用超短雷射！雷射是20世界人類的重大發明之一，被稱為「超亮的光」，超短雷射在我們的生活中發揮著巨大的作用，可以用於製造超快的相機、超準的時鐘。今天，我們就來一窺廬山真面吧！雷射按工作方式可分為連續雷射和脈衝雷射。
  • 大疆口袋靈眸相機評測:目前最小的手持雲臺相機,好用嗎?
    右滑是查看視頻和照片，還能實時刪除和標記。左滑是調整拍攝模式，目前有拍照、錄像、全景照片、延時攝影。下滑可以查看電量等各項相機設置，上滑則是最常用的四項功能，分別為回中、轉向、跟隨靈敏 / 緩和、雲臺模式。屏幕下方的拓展接口，可以插上 Lightning 或 USB-C 手機連接頭，連上手機。通過 DJI Mimo，手機屏幕會實時顯示鏡頭的影像。
  • 單眼相機都在用的光學取景器沒有缺點嗎?它的分類、工作原理是?
    了解光學取景器之前，我們先來看看什麼是取景器。簡單來理解，就是我們在拍照時，在相機上睜一隻眼閉一隻眼看的地方。如下圖所示。當然，也不是所有的相機都有取景器！比如說佳能的M2，它就沒有取景器，攝影師拍照時想要實時查看，就需要從背屏來觀看。
  • SPECIM發布成像速度最快的高光譜相機FX10
    2016年6月15日，芬蘭SPECIM（Spectral Imaging Ltd.）正式發布世界上成像速度最快的高光譜相機FX系列-FX 10。成像速度快，具有快速光學結構：全譜段採集速度為330行/秒，選擇波段採集速度最高可達9900行/秒 　　ii. 採集方式靈活，波段可選：即可選擇採集400-1000nm的全部220波段，也可選擇感興趣的任一波段 　　iii.
  • 南京天光所利用LAMOST數據提出一種望遠鏡性能監測新技術---中國...
    實時全面地監測和跟蹤望遠鏡的性能狀態是望遠鏡維護工作的重要內容，也是確保望遠鏡高效運行亟需的一項技術。　　目前，常見的望遠鏡監測技術主要依靠人眼監測相機的成像或通過設置傳感器的參數閾值進行報警，但是其不能適應新型望遠鏡智能化實時監測的要求。
  • 研究人員設計了世界上最快的紫外線照相機
    國家科學研究所（INRS）超快成像專家梁金揚教授的團隊與國際研究人員團隊合作，開發了世界上最快的相機，能夠記錄紫外線（UV） ）的實時範圍。最初的研究發表在《雷射與光子學評論》第十期的封面上。壓縮超快攝影（CUP）只需單擊一下即可實時捕獲整個過程，並獲得無與倫比的解析度。首先將空間和時間信息壓縮為圖像，然後使用重建算法將其轉換為視頻。
  • 科學家首次使用超快相機拍攝「光線音爆」
    這一事件叫做「馬赫錐(Mach cone)」，非常像飛機以超越音速的速度產生的音爆，研究人員使用能夠每秒拍攝1000億幀圖像的相機系統記錄下來，同時，他們指出這種創新技術未來可用於觀測大腦神經元放電。　　光激性馬赫錐是超快微粒發出衝擊波時形成的，在周圍散射光線。
  • 蘋果3D相機供應鏈曝光!小米最快2018年上高通方案
    L0Sesmc報告也指出，蘋果3D傳感發射端的繞射式光學模組DOE（Diffractive Optical Element），主要由臺積電提供，包括精材與採鈺後段製程。L0Sesmc在晶圓級光學模組WLO（Wafer-level Optical）部分，主要由新加坡Heptagon提供。在模塊部分，主要由LGI提供。
  • 【光物理前沿6】超快光學研究前沿
    》所作序超快光學是瞬態光學的最前沿部分。超快光學是隨著超短脈衝雷射的出現而誕生，並隨著飛秒雷射技術的迅猛發展而快速發展起來的。它始終與超快現象研究相互促進、共同發展。超快現象研究的需求帶動了超快光學的發展，超快光學的進步又促進了超快現象研究範圍的擴展和深度的提升。談及超快光學，我們就不得不提到條紋相機，因為它的出現大大促進了脈衝雷射技術和超快現象研究的進展。
  • 解析度優於5米的光學遙感衛星:揭秘「實力之星」資源一號02D
    相較於傳統的管理方法，通過衛星進行宏觀把控具有直觀、高效、時效性強等特點，5米光學衛星攜帶的可見近紅外相機幅寬115公裡，可以實現大中型城市一次性全覆蓋，可直接作用於城市規劃。　　「按照設計，衛星將定位於778公裡的太陽同步軌道上，重訪周期最快可在3天以內，充分保障了對同一目標的持續觀測能力，為填海造陸、退耕還林等目標觀測提供了時間保證。」5米光學衛星項目經理李一凡說。
  • 中國光學十大進展|超快相機、回音壁聚光、新型光晶片等入選
    由中科院上海光學精密機械研究所和中國光學學會主辦的中國雷射雜誌社近日發布「2019年度中國光學十大進展」。量子密鑰分發、光子晶片、智能雷射器、全色雷射顯示等20項重大光學進展從110項成果中脫穎而出（基礎研究類與應用研究類各10項）。澎湃新聞（www.thepaper）對其中部分成果進行了深度解讀。
  • 神念科技馮華:心臟實時監測 有效數據保障馬拉松順利進行
    （原標題：神念科技馮華：心臟實時監測 有效數據保障馬拉松順利進行）
  • 攝影:光學取景器VS電子取景器
    使用單眼相機拍攝時，我們可以從機頂的取景器直接查看拍攝畫面，調整焦距大小來取景構圖進行拍攝；也可以直接實時取景（查看液晶顯示屏）來觀察拍攝畫面。而微單相機、卡片機、手機等一般都是通過液晶顯示屏取景，也就是電子取景，實現所見即所得的目的。二、光學取景器光學取景器是單眼相機所獨有的功能，主要是通過光學鏡面反射來實現取景。