Svenska forskare har färdigställt en experimentell höghastighetskamera kallad FRAME. Kameran är snabbast i världen, med 5 biljoner bilder i sekunden.
Idag kan de flesta mer påkostade mobiltelefoner filma med över 100 bildrutor per sekund (fps). Särskilt avancerade modeller, såsom Sony Xperia XZ, kan i sin tur filma i närmare 1 000 fps, för riktigt häftiga slow motion-effekter. Professionella höghastighetskameror med större, mer avancerade sensorer klarar i sin tur tiotusentals fps. Alla dessa exempel bleknar dock i jämförelse med forskningskameror, såsom nyutvecklade FRAME.
FRAME står för Frequency Recognition Algorithm for Multiple Exposures, och är världens just nu snabbaste filmkamera. Den är utvecklad på Lunds tekniska högskola av Elias Kristensson och Andreas Ehn, forskare i förbränningsfysik. FRAME kan inte skryta med skyhög upplösning eller naturtrogen färgåtergivning, men levererar istället ett nytt hastighetsrekord: 5 biljoner bildrutor per sekund.
Snabb nog för att filma ljuspulser
Kameran används för att studera några av de allra snabbaste händelseförloppen inom fysik, kemi och biologi. Med exponeringstider på 0,2 biljondels sekund kan FRAME bland annat analysera kemiska reaktioner eller hur partiklar sprider sig i olika material.
Som exempel på vad FRAME klarar av har forskarna filmat en exempelvideo. I det tre sekunder långa klippet visas en ljuspuls som rör sig över ett avstånd motsvarande tjockleken på ett papper. Händelseförloppet tar i verkligheten en pikosekund (en miljondel av en miljondels sekund).
”Det enda sättet att idag visualisera så här snabba förlopp är att fotografera enstaka stillbilder av processen. Sedan får man försöka upprepa identiska experiment för att i efterhand klippa ihop flera stillbilder till en film. Problemet med detta tillvägagångssätt är att det är högst osannolikt att ett förlopp utspelar sig identiskt om man försöker upprepa experimentet. Nu kan vi nu se vad som faktisk händer!”
– Elias Kristensson, Förbränningsforkare, LTH
Hur fungerar FRAME?
FRAME fungerar genom att skicka ut en mycket snabb följd laserpulser, där varje puls har en unik våglängd. Pulserna reflekteras sedan mot objektet som ska undersökas, och fångas upp av en sensor som kan mäta både ljusstyrka och våglängd. En dator kan sedan analysera det fångade ljuset från FRAME och bygga upp en rörlig video genom att sortera bilderna efter våglängd.
Sensorn fångar flera exponeringar på samma gång, men dessa skriver inte över varandra eftersom varje puls har en unik våglängd. Detta i kontrast till en vanlig kamerasensor, som i regel behöver tömma sin information innan nästa bild kan fångas, eller en vanlig analog kamerafilm där två exponeringar kan läggas ovanpå varandra på bekostnad av att information skrivs över. I FRAME läggs alla bilder ovanpå varandra, men det går fortfarande att läsa ut varje enskild bild efteråt.
Forskarna kommer släppa ytterligare filmklipp senare under året. I nuläget kommer FRAME i första hand användas för universitetsforskning, men tekniken kan även komma att användas industriellt bland annat inom materialforskning och halvledartillverkning.
”Vän av ordning” noterar att filmklippet visar en sekvens omfattande 3000 femtosekunder, dvs hela *tre* pikosekunder (i stället för en).
I övrigt är det en intressant teknik man kommit på för att lösa ett svårt problem. Men jag kan inte förstå hur de kan filma en ljuspuls genom att skicka andra ljuspulser mot den…