Биологи из Оксфордского университета (Великобритания) сумели
доработать серийную видеокамеру, добившись съемки лабораторных объектов со
скоростью 400 кадров в секунду. Для доработки они использовали серийный массив
микрозеркал, который присутствует в некоторых моделях современных бытовых
видеопроекторов.
Как рассказали в своей работе Гил Баб (Gil Bub) и Питер Коль
(Peter Kohl), их работа была посвящена изучению клеток в сердце лабораторных
крыс. Вначале для съемки работающих клеток во взятых образцах ученые применяли
специальную установку, в которой сочеталась видеокамера и фотокамера, создающая
кадры высокого разрешения. Оказалось, что связать фотоснимки и видеоряд очень
непросто, поэтому ученые решили найти способ, как вести скоростную съемку в
достаточно высоком разрешении.
Дефицит средств актуален не только для России – денег на
специальную скоростную видеокамеру стоимостью порядка 60 тысяч фунтов
стерлингов ученым не дали. В итоге Баб и Коль решили модифицировать для своих
целей серийную видеокамеру с разрешением полного кадра 1 мегапиксель. Идея
заключалась в том, чтобы в один кадр уместить сразу несколько – самым
подходящим устройством для этого стал набор микрозеркал, смонтированных на
чипе. Такие чипы используются в кинопроекторах, а цена некоторых моделей составляет
всего несколько сот долларов.
Массив микрозеркал был помещен между линзами камеры и
приемником изображения. Чип стал своего рода селективным затвором HD-камеры,
разбивая каждый кадр на 16 отдельных кадров с меньшим разрешением. В результате
ученые довели скорость съемки с исходных 25 до 400 кадров в секунду. Дело в
том, что в каждый момент съемки свет падает только на каждый 16-й пиксель на
приемнике изображения. Разбивая видимое изображение на квадраты со стороной 4
пикселя, зеркала освещают последовательно сначала первый пиксель в каждом
квадрате, затем второй, затем третий и так далее, пока не будет снят полный
кадр, состоящий из 16 последовательно снятых кадров по 62'500 пикселей каждый.
На начальном этапе модернизации ученые применили самый
доступный массив микрозеркал. Увеличение числа зеркал в массиве позволяет еще
больше увеличить скорость съемки, хотя и за счет дальнейшего снижения числа
пикселей в каждом кадре. Самая мощная на сегодняшний день конструкция
обеспечивает съемку более 6000 кадров в секунду.
Кроме высокой скорости, конструкция британских биологов
имеет еще одно крайне важное преимущество по сравнению с традиционными
высокоскоростными видеокамерами. Поскольку каждый набор из 16 последовательных
кадров создается из разных пикселей на одном и том же приемнике изображения, из
этих кадров можно комбинировать практически такие же фотографии высокого
разрешения, как может делать та же камера, только без модификаций.
Инженер-электронщик Марк Питер (Mark Pitter) из
Ноттингемского университета был настолько впечатлен работой ученых из Оксфорда,
что начал работу над специальным чипом, который будет выполнять те же функции,
что массив зеркал в конструкции Баба и Коля, но надежнее и дешевле. Питер собирается
запатентовать свой чип для скоростной съемки на HD-камерах стандартной
конструкции в самое ближайшее время. Сами разработчики гибрида из видокамеры и
селективного затвора на основе массива микрозеркал говорят, что их камера
позволяет легко переходить в режим «видеосъемки» и «фотосъемки»: фотографии
высокого разрешения можно легко преобразовать в фильм, а из снятого фильма
легко создать четкие снимки высокого разрешения.
Подробнее о модификации серийной HD-видеокамеры для
высокоскоростной съемки в сравнительно высоком для лабораторных целей
разрешении можно прочитать в обзорах на сайтах NewScientist
и PhysORG, а также в оригинальной
статье разработчиков, опубликованной в разделе методик журнала Nature.
|
