Video con billones de imágenes por segundo

ORIGINAL: MIT

Camera Culture Club

Larry Hardesty, Oficina de Noticias, MIT

13 de diciembre 2011

Mediante el uso de equipos ópticos de una manera totalmente inesperada, los investigadores del MIT han creado un sistema de imagen que hace ver lenta la luz.

Investigadores del MIT han creado un nuevo sistema de imágenes que se pueden obtener datos visuales a un ritmo de un billón de exposiciones por segundo. Eso es lo suficientemente rápido como para producir un video en cámara lenta de una explosión de luz que viaja a lo largo de una botella de un litro, rebotando en la tapa y que se refleja de nuevo al fondo de la botella.

Media Lab postdoc Andreas Velten, uno de los desarrolladores del sistema, lo llama lo "último" en cámara lenta: "No hay nada en el universo que sea rápido para  la cámara", dice.

Video: Melanie Gonick

El sistema se basa en una tecnología reciente llamada cámara por tramos, aplicada de una manera totalmente inesperada. La apertura de la cámara por tramos es una ranura estrecha. Las partículas de luz - fotones - entrar en la cámara a través de la hendidura y se convierten en electrones, que pasan a través de un campo eléctrico que los desvía en una dirección perpendicular a la ranura. Debido a que el campo eléctrico está cambiando muy rápidamente, desvía los electrones correspondientes a los fotones-que llegan más tarde de los correspondientes a los primeros que llegan.

La imagen obtenida por la cámara es, pues, dos dimensiones, pero sólo una de las dimensiones - la correspondiente a la dirección del corte - es espacial. La otra dimensión, que corresponde al grado de desviación, es el tiempo. La imagen representa, pues, el momento de la llegada de los fotones que pasan a través de una porción de una dimensión del espacio.

La cámara fue diseñado para ser utilizada en experimentos donde la luz pasa a través o se emite por una muestra de productos químicos. Dado que los químicos están interesados ​​principalmente en las longitudes de onda de luz que absorbe una muestra, o en la forma en la intensidad de los cambios de la luz emitida a través del tiempo, el hecho de que la cámara registra sólo una dimensión espacial es irrelevante.

Pero es un serio inconveniente en una cámara de vídeo. Para producir sus videos de super-cámara lenta, Velten, Media Lab Profesor Ramesh Raskar y Moungi Bawendi, el profesor de Química Lester Wolfe, deben realizar el mismo experimento - como pasar un pulso de luz a través de una botella - una y otra vez, continuamente reposicionamiento de la cámara por tramos para construir poco a poco una imagen de dos dimensiones. Sincronizando la cámara y el láser que genera el pulso, por lo que el tiempo de cada exposición es el mismo, requiere una batería de equipos ópticos sofisticado y exquisito control mecánico. Se tarda sólo un nanosegundo - una mil millonésima de un segundo - para que la luz se disperse a través de una botella, pero se necesita una hora para recoger todos los datos necesarios para el video final. Por esa razón, Raskar llama al nuevo sistema "la cámara más rápida y más lenta en el mundo."

Haciendo cuentas

Después de una hora, los investigadores se acumulan cientos de miles de conjuntos de datos, por cada uno de los tramos que corresponden a las posiciones de una dimensión de fotones en contra de su tiempo de llegada. Raskar, Velten y otros miembros del Grupo de Cultura de la Cámara de Raskar  en el Media Lab han desarrollado unos algoritmos que puede unir los datos en bruto en una serie secuencial de imágenes en dos dimensiones.

La cámara por tramos y el láser que genera los pulsos de luz - ambos dispositivos de última generación con un precio acumulado de 250.000 dólares - fueron suministrados por Bawendi, un pionero en la investigación sobre puntos cuánticos: pequeños, racimos de partículas de semiconductores emisores de luz que tienen potencial aplicaciones en

• computación cuántica, 
• video-tecnología de pantalla, 
• imágenes biológicas, 
• células solares y 
• una serie de otras áreas.

Media Lab postdoc Andreas Velten, a la izquierda, y Profesor Asociado Ramesh Raskar con el montaje experimental que utilizan para producir video en cámara lenta de la dispersión de la luz a través de una botella de plástico. Foto: M. Scott Brauer

El  sistema de imágenes de billones de marcos por segundo, que los investigadores han presentado tanto en la Conferencia sobre Registro y Detección Computacional de Imágenes Ópticas de la Optical Society y en Siggraph, es un spin-off de otro proyecto de Cultura de Cámara, una cámara que puede ver en las esquinas. Esa cámara hace rebotar la luz en una superficie reflectante - por ejemplo, la pared de enfrente de una puerta - y midiendo el tiempo que tarda fotones diferentes a regresar. Sin embargo, aunque ambos sistemas utilizan ráfagas ultracorto de luz láser y cámaras por tramos, la disposición de sus otros componentes ópticos y sus algoritmos de reconstrucción se adaptan a sus tareas dispares.

 Video en cámara lenta de la dispersión de la luz a través de una botella de plástico

Debido a que el sistema ultrarrápido de imágenes requiere de varios pasos para producir sus videos, no puede registrar los eventos que no son exactamente repetibles. Aplicaciones prácticas supondrán probablemente los casos en que la forma en que se dispersa la luz - o rebota cuando golpea superficies diferentes - que es en sí misma una fuente de información útil. Hay casos, sin embargo, pueden incluir el análisis de la estructura física de los materiales de fabricación y los tejidos biológicos - "como el ultrasonido con luz", como lo propone Raskar.

Como investigador cámara durante mucho tiempo, Raskar también ve una aplicación potencial en el desarrollo de mejores flashes de cámaras "Un sueño es, ¿cómo se puede crear iluminación como de estudio a partir de un Flash? ¿Cómo puedo llevar una cámara portátil que tiene un flash pequeño y crear la ilusión de que tengo todos estos paraguas, y las luces deportiva, y así sucesivamente ", pregunta Raskar, profesor asociado para el Desarrollo la Carrera de Artes y Ciencias Mediáticas de NEC. "Con nuestras imágenes ultrarrápidas, en realidad podemos analizar cómo los fotones viajan a través del mundo. Y luego puede volver a crear una nueva foto, creando la ilusión de que los fotones salieron de otro lugar. "

"Es un trabajo muy interesante. Estoy muy impresionado ", dice Nils Abramson, un profesor de holografía aplicada en el Royal Suecia Institute of Technology. A finales de 1970, Abramson fue pionero en una técnica llamada holografía de luz durante el vuelo, que finalmente demostró ser capaz de capturar imágenes de las ondas de luz a un ritmo de 100 mil millones fotogramas por segundo.

Sin embargo, como señala Abramson, su técnica requiere de luz coherente llamada, lo que significa que las depresiones y crestas de las ondas de luz que produce la imagen que se alinean unos con otros. "Si sucede que se destruye la coherencia cuando la luz pasa a través de diferentes objetos, entonces no funciona", dice Abramson. "Así que creo que es mucho mejor si usted puede usar la luz ordinaria, como Ramesh".

De hecho, Velten dice: "Como los fotones rebotan en los objetos de la escena o en el interior, pierden la coherencia. Sólo un método de detección incoherentes como el nuestro pueden ver los fotones" Y los fotones, dice Velten, podría dejar que los investigadores "aprendieran más acerca de las propiedades del material de los objetos, sobre lo que está bajo su superficie y sobre el diseño de la escena. Porque podemos ver los fotones, podríamos utilizarlos para observar el interior de los objetos - por ejemplo, para las imágenes médicas, o para identificar los materiales ".

"Estoy sorprendido de que el método que hemos estado utilizando no haya sido más popular", añade Abramson. "Me he sentido bastante solo. Estoy muy contento de que alguien está haciendo algo similar. Porque creo que hay muchas cosas interesantes para encontrar cuando usted pueda hacer este tipo de estudio de la luz en sí misma. "

Visualización de fotones en movimiento en un billón de fotogramas por segundo

Vídeo de una fruta iluminado por un pulso láser de femtosegundo y capturaron a billones de cuadros por segundo efectivos. La luz se mueve a menos de 1 mm por cuadro.

Hemos construido una solución de imagen que permite visualizar la propagación de la luz a una tasa efectiva de un billón de marcos por segundo. La grabación directa de la luz en una frecuencia de imagen con el suficiente brillo es casi imposible. Utilizamos un método indirecta "estroboscópico" que combina millones de mediciones repetidas mediante el escaneo cuidadoso en el tiempo y los puntos de vista.

El dispositivo ha sido desarrollado por el grupo de Cultura de Cámara del Media Lab de MIT en colaboración con Bawendi Laboratorio en el Departamento de Química en el MIT. Un pulso de láser que dura menos de una billonésima de segundo se utiliza como un flash y la luz que vuelve de la escena es recogida por una cámara a una tasa equivalente a aproximadamente un billón fotogramas por segundo. Sin embargo, debido a los tiempos de exposición son muy cortos (alrededor de una billonésima de segundo) y un estrecho campo de visión de la cámara, el vídeo se captura durante varios minutos por muestreo repetido y periódico.

Inundaciones en Tailandia pasan su punto máximo. Imágenes (Inglés)

ORIGINAL: The Atlantic

Las peores inundaciones que Tailandia ha visto en 50 años parece ser que empiezan a bajar de su punto más alto, sin afectar el centro de Bangkok, pero sin dejar de inundar suburbios y granjas. Las fuertes lluvias del monzón han sumergido casi un tercio de las provincias del país desde julio, matando a más de 370 personas. El fin de semana, las mareas altas y fuertes inundaciones amenazaron el centro de Bangkok, pero las defensas dispuestas parecen haber logrado su propósito. Sin embargo, algunos residentes en las zonas aledañas han expresado su enojo por haber sido colocados en el exterior de estas barreras de protección y con el agua de la inundación desviada hacia ellos. Las áreas al oeste de Bangkok, aún se espera que reciban un duro golpe en los próximos días como la última de las inundaciones siga su camino hacia el mar. Aquí se hace una recopilación de imágenes de Tailandia, las aguas comienzan a bajar y comienza la tarea de recuperación.

Thai soldiers hold onto each other, pulling against the stream of water flowing into a neighborhood after a wall was breached by the swollen Chao Phraya River in Bangkok, Thailand, on October 30, 2011. (AP Photo/Altaf Qadri)

Local residents evacuate their flooded neighborhood on the back of a truck in an area near the Chao Praya river in Bangkok, on October 29, 2011. (Nicolas Asfouri/AFP/Getty Images)

The Advanced Land Imager (ALI) on NASA's Earth Observing-1 (EO-1) satellite acquired this pair of before-and-after natural-color images of Ayutthaya, Thailand, on October 23, 2011, and July 11, 2011 (click to view). In both images, the Chao Phraya River curves through the outskirts of the city (north is to the left in this image). In October, however, the river has overflowed onto nearby floodplains. Fields, roads, and buildings have all been submerged by sediment-clogged flood water. [click image to view transition] (NASA Earth Observatory/Jesse Allen and Robert Simmon/NASA EO-1, USGS)

A man watches the news on TV in his flooded house, near the Chao Phraya river in Bangkok, on October 31, 2011. Tensions were rising between Thai residents and authorities in flooded parts of Bangkok, with hundreds protesting that their homes were being sacrificed in attempts to keep the city center dry. (Christophe Archambault/AFP/Getty Images)

Rescue boats and other small craft run along a swollen canal as sunset on the outskirts of Bangkok, on October 27, 2011. Residents poured out of the Thai capital by bus, plane and train Thursday, heeding government warnings to use a special five-day holiday to evacuate parts of the flood-threatened metropolis. (AP Photo/Aaron Favila)

A 42-year-old motorcycle taxi driver Chatchawal Phuengwut poses with a python he caught in floodwaters just outside the Grand Palace in Bangkok, on October 28, 2011. (Reuters/Damir Sagolj) #

A man wades past sculptured hedges submerged by flood waters in a median in Bangkok's Bang Phlat district on October 30, 2011. Peak tides tested Bangkok's flood defenses on Sunday as hope rose that the center of the Thai capital might escape the worst floods in decades, but that was little comfort for swamped suburbs and provinces where worry about disease is growing.(Reuters/Adrees Latif) #

A man walks along sandbags as floodwaters rush through a market near the overflowing Chao Phraya river, on October 29, 2011 in Bangkok. (Daniel Berehulak/Getty Images) #

Buddhist statues stand partially-submerged as floodwaters inundate a covered market along the Chao Phraya river in central Bangkok, on October 30, 2011. (Christophe Archambault/AFP/Getty Images) #

Volunteers lower bottles of drinking water with a rope to rescue workers at a flooded area near the Chao Praya River in Bangkok, on October 30, 2011. (Nicolas Asfouri/AFP/Getty Images) #

A girl washes her hair in a flooded street in central Bangkok, on October 26, 2011. (Reuters/Damir Sagolj) #

An aerial view shows flooded residential areas in the north parts of Bangkok, in this photo taken by Kyodo on October 30, 2011.(Reuters/Kyodo) #

A Thai couple push a cart passing by empty shelves inside a supermarket due to the food suppliers distributor center being affected by flooding in Bangkok, on October 29, 2011. (AP Photo/Andy Wong) #

People visit a shopping mall in Bangkok, on Sunday, October 30, 2011. On one side of Bangkok, you'll find the victims of Thailand's worst flooding in half a century. But just a few miles away, you'll find something else entirely: well-heeled shoppers perusing bustling malls decorated with newly-hung Halloween decorations, couples sipping espresso in the air-conditioned comfort of ultra-chic cafes.(AP Photo/Sakchai Lalit) #

Flood victims walk on an empty highway as they evacuate Bangkok October 27, 2011. Thailand's worst flooding in half a century, caused by unusually heavy monsoon rain, has killed at least 373 people since mid-July and disrupted the lives of nearly 2.5 million, with more than 113,000 in shelters and 720,000 people seeking medical attention. (Reuters/Bazuki Muhammad) #

Thai residents make their way across a flooded street near the rising waters of the Chao Phraya River, on October 29, 2011 in Bangkok.(Daniel Berehulak /Getty Images) #

A Thai woman struggles to walk as floodwater gushes through a marketplace in a riverside neighborhood near the Grand Palace in Bangkok, on October 27, 2011. (AP Photo/Altaf Qadri) #

A man takes pictures of a flooded area in central Bangkok, on October 31, 2011. (Reuters/Damir Sagolj) #

A boy plays in the water outside a flooded temple in Chinatown in central Bangkok, on October 31, 2011. (Reuters/Damir Sagolj) #

Thai soldiers and municipality workers work to fortify a broken flood barrier in Bangkok, on October 31, 2011. (AP Photo/Altaf Qadri) #

Local residents stand on a makeshift shelter next to a temple as the night falls on the floodwaters near the Chao Praya river in Bangkok, on on October 31, 2011. (Nicolas Asfouri/AFP/Getty Images) #

Residents stand as water from the swollen Chao Phraya River flows through a shopping center, located on its bank, in Bangkok, on October 29, 2011. (AP Photo/Altaf Qadri) #

Water from the swollen Chao Phraya River flows through a house, located on the riverbank, as a policeman watches a Thai woman cooking in Bangkok, on October 29, 2011. (AP Photo/Altaf Qadri) #

An aircraft is parked in floodwaters at Don Mueang airport in Bangkok, on October 30, 2011.(Pornchai Kittiwongsakul/AFP/Getty Images) #

A man works at a desk in his flooded warehouse in Chinatown in central Bangkok, on October 31, 2011. (Reuters/Damir Sagolj) #

A Thai man pumps water out of his flooded home, holding the hose between his legs in a neighborhood along Chao Phraya River, on October 27, 2011 in Bangkok. (Paula Bronstein/Getty Images) #

A dog peers over a fence in a flooded area of Bangkok, on October 27, 2011. (AP Photo/Aaron Favila) #

A Thai woman washes in floodwaters at her home along the Chao Praya river in Bangkok, on October 31, 2011.(Tang Chhin Sothy/AFP/Getty Images) #

Local residents evacuate their flooded neighborhood on the back of a truck in an area near the Chao Praya River in Bangkok, on October 29, 2011. (Nicolas Asfouri/AFP/Getty Images) #

Thai and foreign volunteers prepare relief items for flood victims at the national stadium in Bangkok, on October 29, 2011.(Tang Chhin Sothy/AFP/Getty Images) #

A Thai flood victim prays while a monk chants at a crowded evacuation center in Bangkok, on October 30, 2011. Thousands of flood victims have been forced to take shelter at crowded evacuation centers around the capitol city. Hundreds of factories have been closed in the central Thai province of Ayutthaya and Nonthaburi. (Paula Bronstein/Getty Images) #

A flood victim uses a boat to inspect his partially submerged house in Thon Buri, outside Bangkok, on October 28, 2011.(Reuters/Bazuki Muhammad) #

A man takes a nap at a flooded bus stop in Bangkok, on October 31, 2011. (AP Photo/Sakchai Lalit) #

Local residents walk on a divider in a flooded street near the Chao Praya River in Bangkok, on October 30, 2011.(Nicolas Asfouri/AFP/Getty Images) #

A Buddhist monk walks in a flooded street to collect morning alms in Bangkok, on October 29, 2011. (Reuters/Sukree Sukplang) #

A woman moves her pots as floods advance into a market outside the Grand Palace in Bangkok, on October 28, 2011.(Reuters/Damir Sagolj) #

A woman scoops water from her home in a flooded neighborhood close to the rising waters of the Chao Phraya River on October 30, 2011 in Bangkok. (Daniel Berehulak /Getty Images) #

A man sits at a flooded warehouse as water pours in, in Chinatown, central Bangkok October 31, 2011. (Reuters/Damir Sagolj) #

A woman needing medical attention is lifted by Thai rescuers as she is evacuated to a hospital, in the floodwaters near the Chao Praya River in Bangkok, on October 31, 2011. (Nicolas Asfouri/AFP/Getty Images) #

A woman leaves a flooded market in Chinatown in central Bangkok, on October 31, 2011. (Reuters/Damir Sagolj) #

A Thai man takes pictures with his son on a custom-built tricycle designed to go through floodwaters in Bangkok, Thailand, on October 28, 2011. (AP Photo/Aaron Favila) #

RELATED LINKS AND INFORMATION

PM Yingluck: It won't get any worse - Bangkok Post, October 31, 2011

Thailand floods 'a national crisis' - BBC News, October 31, 2011

2011 Thailand floods - Wikipedia entry