Máy ảnh công nghệ laser chụp ánh sáng động

Hệ thống này được phát triển bởi các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Ramesh Raskar tại Media Lab của MIT. Hiện nay máy ảnh vẫnbị giới hạn trong phòng thí nghiệm, nó có thể ghi lại những gì sẽ xảy ra khi các xung ánh sáng laser - chỉ kéo dài 50 femto giây (50.000 nghìn tỷ của một giây) - va chạm vào đối tượng ở phía trước chúng. Chiếc máy ảnh này chụp các xung phản xạ giữa và phản ánh các đối tượng.

Raskar nói rằng chiếc máy ảnh mới này có thể được sử dụng cho các loại Medical Imaging (một phương pháp kỹ thuật và quy trình được dùng để chụp ảnh cơ thể con người), theo dõi ánh sáng bên trong mô cơ thể. Nó cũng có thể tạo ra các loại thao tác chụp ảnh mới lạ. Trong các thí nghiệm, máy ảnh đã chụp được khung hình kích thước khoảng 500 x 600 pixel.

Những chiếc máy ảnh khoa học nhanh nhất trên thị trường thường có thể chụp ảnh với tốc độ hàng triệu khung hình mỗi giây. Chúng hoạt động tương tự như các máy ảnh kỹ thuật số, với một cảm biến ánh sáng có thể chuyển đổi ánh sáng từ ống kính vào một tín hiệu kỹ thuật số được lưu vào đĩa.

Các nhà nghiên cứu ở Media Lab đã thứ một cách tiếp cận khác, Andreas Velten, một thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết. Thời gian phản ứng của hệ thống điện tử vốn đã giới hạn khoảng 500 pico giây, ông nói, bởi vì nó mất quá nhiều thời gian để các tín hiệu điện tử đi dọc theo dây và thông qua các chip trong thiết kế như vậy. Tốc độ màn trập chỉ dưới hai pico giây."

Một máy ảnh vệt thường được sử dụng để đo thời gian của xung laser hơn là để chụp ảnh, và nó không cần bất kỳ thiết bị điện tử nào để ghi lại ánh sáng. Ánh sáng đi vào máy ảnh vệt rơi vào một điện cực chuyên biệt có thể chuyển đổi dòng của các photon thành một dòng phù hợp của các điện tử. Chùm tia điện tử đó xuất hiện trên một màn hình ở mặt sau của máy ảnh vệt được phủ bằng hóa chất có thể phát sáng ở bất cứ nơi nào các chùm rơi xuống.

Bởi vì một máy ảnh vệt chỉ có thể quan sát một đường rất hẹp của một cảnh tại một thời gian nên hệ thống MIT sử dụng gương để tạo ra một cái nhìn đầy đủ. Một máy ảnh kỹ thuật số thông thường chụp ảnh từ phía sau của máy ảnh vệt, và những hình ảnh này sau đó được biên soạn bằng phần mềm ở đầu ra cuối cùng. Mỗi hình ảnh được chụp bởi máy ảnh kỹ thuật chỉ ghi lại một phần nhỏ của đường đi của chùm tia có thể nhìn thấy bằng máy ảnh vệt.

Một kết quả của thiết kế này là các video được chụp bởi nhóm nghiên cứu cho thấy chuỗi các sự kiện khi một xung laser nảy ra xung quanh, nhưng chúng không chụp được một xung ánh sáng. Thay vào đó, chúng đã chụp được một chuỗi các bức ảnh từ các hành động của các xung ánh sáng giống hệt nhau kế tiếp, nhờ sự đồng bộ chặt chẽ giữa các xung ánh sáng và máy ảnh vệt. "Chúng ta cần một sự kiện được lặp lại để tạo ra một hình ảnh hoặc video", Velten nói.

Trái ngược với những điều mọi người biết khi một “chiếc máy ảnh nhanh nhất thế giới” được công bố vào năm 2009 bởi một nhóm nghiên cứu tại các trường Đại học California, Los Angeles, có thể chụp được 6,1 triệu khung hình mỗi giây và có một tốc độ màn trập là 163 nano giây, so với 1,7 pico giây của nhóm MIT.

Bởi vì hệ thống MIT không thể chụp những sự kiện không xảy ra trong một chu kỳ thường xuyên nên nó bị giới hạn sử dụng, nhưng Velten nói rằng vẫn có thể làm chậm sự di chuyển thường không quan sát được của ánh sáng.

Một ứng dụng của chiếc máy ảnh này có thể là một loại Medical Imaging mới mà Velten và Raskar gọi là "siêu âm với ánh sáng". Nó liên quan đến việc bắn xung laser vào mô và sử dụng khả năng của máy ảnh để ghi lại chuyển động của ánh sáng bên dưới bề mặt để tìm hiểu về cấu trúc và các thông tin vô hình khác bằng cách sử dụng ánh sáng bình thường và máy ảnh.

Bởi vì máy ảnh của MIT có thể nhìn thấy chính xác cách ánh sáng tương tác với một cảnh nên nó cũng có thể thu thập thông tin 3-D được sử dụng để thực hiện các thao tác chụp ảnh mới lạ, Velten cho biết. "Khi bạn có thêm thông tin về một cảnh, bạn có thể làm những việc như thay đổi ánh sáng trong một bức ảnh sau khi bạn đã nhận được nó," ông nói. Công ty Lytro gần đây đã tung ra một máy ảnh có thể ghi lại quãng đường của ánh sáng để thực hiện các thao tác tương tự.

Velten cho biết nhóm nghiên cứu đang tập trung làm cho hệ thống nhỏ gọn hơn, xác định các ứng dụng cụ thể, và tăng kích thước của hình ảnh mà nó thu thập.

Thùy Linh