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德州仪器DLP技术助力研发全球拍摄速度最快的2D相机

德州仪器?? 2015年06月30日 ?? 收藏0
美国圣路易斯华盛顿大学生物医学工程系Gene K. BEARE特聘教授汪立宏(Lihong Wang)博士所领导的一个生物医学工程师小组在不久前宣布开发出了全球拍摄速度最快的2D相机。这项突破性的技术可能会永远改变我们研究天文学、物理学以及运用生物医学成像技术的方式。而关于这款2D相机的研发,德州仪器(TI)的DLP技术在其中扮演了关键性的角色。

在我们的日常生活中,大多数人可能不会对几秒钟的时间特别在意。但是,美国圣路易斯华盛顿大学生物医学工程系Gene K. BEARE特聘教授汪立宏(Lihong Wang)博士却格外珍惜他在生活与工作中的每一秒中,而正是因为这样的精神,他也让一秒钟的意义得到了升华。

图1 系统的总体框图

汪博士和他的同事们成功的创造出了压缩超高速摄影(CUP)相机,这是目前全球拍摄速度最快的2D相机,其每秒能够拍摄高达1,000亿帧画面,而典型的傻瓜相机每秒仅能拍摄2至15帧画面。

汪博士在相机领域破纪录的成果可能会永远改变我们研究天文学、物理学以及运用生物医学成像技术的方式。

这种相机与其它超高速相机有什么区别呢?在CUP相机发明之前,如果汪博士想看一个激光脉冲的慢动作,他必须得连续的拍摄多个激光脉冲,再把拍摄的结果拼合在一起,从而生成最终的图像。有了CUP相机,他仅仅需要一个单一的激光脉冲便可得到完全相同的图像。最终结果是,CUP相机在极其高速的情况下所捕捉到的画面可以被制作成迷你电影。

这项创新具有重大意义,因为研究人员现在能够以前见所未见的清晰度和分辨率实时拍摄无法重复的精彩瞬间,例如以每秒1,000亿帧的速度记录超新星在太空中爆炸的画面。

“我希望CUP的广泛应用能够加速人类了解宇宙的步伐。”汪博士说道。

他还表示,这类应用的范围远远超出了天文学领域。现在,科学家能以全新的方式研究基本物理现象,例如当用光线照射镜子时,镜子所反射的光速。捕捉光线传导慢动作的这种能力对于了解光的物理性状并对其进行利用而言至关重要。

“CUP的应用领域可以涉及到可视化光学通信、具有光学活性的光与物质相互作用以及量子力学现象。”达特茅斯大学塞耶工程学院的Brian W. Pogue教授说道,“例如,CUP有希望能够改进对于光学隐形的调查研究,即光在物体周围发生弯曲或形变,而不是直接穿过物体。这个在电影《星际迷航》中很风靡的研究领域是真实存在的。虽然目前在隐形设计方面已经取得了很多基本性的进展,但是无法看到光与隐形物体间相互作用的这一弊端却阻碍了该技术的发展。”

至于总是不断移动的活细胞,现在也可以通过极高的拍摄速度对其进行观察,这使生物医学工程师能够精确清晰的发现细胞突变,而由于拍摄图像模糊不清所带来的困扰也正是目前生物医学成像领域存在的一个常见问题。

“这些拍摄速度极快的相机有可能显著加强我们对于生物相互作用和化学过程的了解,从而使我们能为复杂的动态系统创建出更形象的模型。” 美国国立卫生研究院下属的国家生物医学成像与生物工程研究所光学成像项目总监Richard Conroy表示。

对于研发全球拍摄速度最快的2D相机,TI DLP技术在其中扮演了关键性的角色。CUP采用了TI DLP Lightcrafter评估模块(EVM),该模块可将数字微镜器件(DMD)用作空间编码单元。简而言之,高速DMD是解锁和检索图像时间信息的关键器件,而这些图像都是以每秒1,000亿帧的速度所拍摄的。

图1 系统的总体框图

“工程师凭借TI DLP芯片所实现的无数创新给我留下了深刻的印象。通过拓展TI解决方案的应用范围以及增强其易用性,我们也在全力以赴地帮助学生和专业人士。”TI DLP高级照明控制产品部门的应用工程经理Eric Droge表示。

汪博士团队的一名研究助理Jinyang Liang说,他们之所以选择DLP技术是因为该技术具有可靠性、灵活性和易用性。他还是表示,事实上DLP Lightcrafter EVM太容易使用了,以至于他几乎不需要寻求任何帮助。

“不过,当我有问题、疑惑或意见时,我可以随时登陆TI的E2E社区,在那里我可以将所有的问题都一一罗列,而他们总能给我准确又快速的答复。通过提供这些DLP工具以及来自E2E社区的专业技术知识,TI确确实实对其产品提供了全方位的支持。”Jinyang说道。

在华盛顿大学研究小组首次宣布开始研发这种突破性相机的13个月后,《自然》杂志就在其12月4日发行的封面故事中特载了CUP相机的相关信息。

“虽然CUP的研发理念在刚出现的时侯显得及其不合常规,甚至被视为完全疯狂的举动。但它却产生了奇效,并且能够把宇宙中速度最快的现象拍摄成令人惊奇的电影!”汪博士表示。

这种全球拍摄速度最快的2D相机接下来还会创造什么样的奇迹呢?我们拭目以待……

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