Eletrônica

Vídeo mais rápido do mundo chega a 100 bilhões de qps

Vídeo mais rápido do mundo chega a 100 bilhões de qps
A câmera mais rápida do mundo consegue visualizar pulsos de laser individuais (embaixo). [Imagem: Liang Gao et al. - 10.1038/516046a]

Câmeras mais rápidas do mundo

As câmeras mais rápidas do mundo já permitem mostrar a luz em câmera lenta e até filmar reações químicas.

Mas será difícil bater a velocidade de uma nova técnica de vídeo de alta velocidade criada por Liang Gao e seus colegas da Universidade de Washington, nos Estados Unidos.

Sem depender de flashes ou iluminação estroboscópica, a câmera consegue capturar eventos a uma velocidade de até 100 bilhões de quadros por segundo.

Isto é várias ordens de magnitude mais rápido do que técnicas similares de imageamento ultrarrápido, que são limitadas pelos sistemas de armazenamento dos chips e pela velocidade de leitura eletrônica das operações, o que as limita a cerca de 10 milhões de quadros por segundo.

A nova técnica, chamada CUP (compressed ultrafast photography, fotografia ultrarrápida comprimida), deverá ter amplos usos nas pesquisas científicas de virtualmente todas as áreas onde é necessário observar fenômenos muito rápidos, do estudo da fotossíntese aos fenômenos ópticos, além da astronomia.

Imageamento computacional

A nova filmadora não se parece com a sua câmera digital. Trata-se de um conjunto de vários equipamentos projetados para funcionar em conjunto com microscópios e telescópios para capturar fenômenos físicos dinâmicos. Depois que as imagens são capturadas, elas são processadas em um computador comum, uma técnica conhecida como imageamento computacional.

Vídeo mais rápido do mundo chega a 100 bilhões de qps
A nova filmadora foi projetada para funcionar em conjunto com microscópios e telescópios. [Imagem: Liang Gao et al. - 10.1038/516046a]

A técnica CUP fotografa o objeto com uma lente especial, que leva os fótons do objeto através de uma estrutura em formato de tubo até um aparelho minúsculo chamado DMD (dispositivo de microespelhos digitais), menor do que uma moeda, mas contendo cerca de 1 milhão de microespelhos, cada um medindo 7 micrômetros quadrados. Os microespelhos são usados para codificar a imagem, refletindo então os fótons para um divisor de feixe que os dispara por uma fenda para uma câmera de listras.

Lá os fótons são convertidos em elétrons, que são então medidos com o uso de dois eletrodos, permitindo converter tempo em espaço - os eletrodos aplicam uma tensão decrescente, de modo que os elétrons chegam em diferentes momentos e em diferentes posições verticais.

Finalmente, um CCD - este sim, um sensor similar ao das câmeras digitais comuns - grava os dados para enviá-los ao computador.

Tudo isto ocorre em 5 nanossegundos.

Observações astronômicas

"Pela primeira vez os seres humanos podem ver pulsos de luz em tempo real", disse o professor Lihong Wang. "Cada nova técnica, especialmente uma que representa um salto quântico à frente, é sempre seguida de um grande número de novas descobertas. Nossa esperança é que a CUP irá permitir novas descobertas na ciência - de um tipo que não podemos nem mesmo prever."

Ele acrescenta que a nova câmera poderá alterar a forma como as observações astronômicas são feitas.

"Combine o imageamento CUP com o telescópio espacial Hubble e teremos a mais precisa resolução espacial do Hubble e a mais alta resolução temporal da CUP. Essa combinação pode permitir desvendar uma nova ciência," afirmou.

Bibliografia:

Single-shot compressed ultrafast photography at one hundred billion frames per second
Liang Gao, Jinyang Liang, Chiye Li, Lihong V. Wang
Nature
Vol.: 516, 74-77
DOI: 10.1038/nature14005

Technology: Ultrafast imaging takes on a new design
Brian W. Pogue
Nature
Vol.: 516, 46-47
DOI: 10.1038/516046a




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