Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 111 reacties

Wetenschappers hebben een camera ontwikkeld die beelden kan schieten met maar liefst 100 miljard frames per seconde. Het systeem zal voornamelijk worden toegepast in de biomedische wetenschappen, om bijvoorbeeld biologische processen te bestuderen.

De snel schietende camera is ontworpen door wetenschappers van de Washington University in St. Louis. Zij stellen de snelste camera ter wereld te hebben ontworpen: waar het snelste exemplaar voorheen enkele tientallen miljoenen beelden per seconde kon schieten, kan die van de Washington University maar liefst 100 miljard beelden per seconde opnemen. De onderzoekers hebben het systeem compressed ultrafast photography, ofwel CUP, genoemd.

Het CUP-systeem kan beelden opnemen met zeer hoge snelheid door opgevangen lichtdeeltjes, zogenaamde fotonen, via een dunne buis naar een apparaatje te loodsen dat bestaat uit een miljoen 'microspiegels'. Deze spiegels hebben elk slechts een oppervlakte van 7 vierkante micron. Daarmee wordt het uiteindelijke beeld gevormd, dat vervolgens wordt teruggestuurd naar een beam splitter. Deze stuurt de bundel fotonen door naar de camera waar ze worden omgezet naar elektronen die met behulp van een elektrisch veld op de juiste tijd en plaats op een ccd-beeldsensor belanden.

Volgens de makers is het camerasysteem vooral toepasbaar in de wetenschap en dan met name in de medische biologie. Het is bijvoorbeeld mogelijk om cellulaire processen inzichtelijk te maken door beelden met hoge snelheid vast te leggen. Zo filmden Nederlandse wetenschappers eerder al de opname van medicijnen door cellen met een snelle camera. Volgens de Washington University is hun snelle camera ook bruikbaar in de astronomie.

Camera met 100 miljard beelden per seconde

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (111)

Maar in welke kwaliteit/resolutie wordt er gefilmd?
Als je het bron artikel op de washington uni newsroom bekijkt zie je dat dit volgens hun eigen zeggen afhankelijk is waarmee je het koppelt, het is dus de bedoeling om dit systeem te koppelen met bv microscopen of telescopen en de ruimtelijke resolutie is afhankelijk van waarmee je het koppelt. Naar hun eigen zeggen heb je als je dit zou koppelen met bv Hubble de hoge ruimtelijke resolutie van Hubble gecombineerd met de uitzonderlijke temporale resolutie van dit systeem.

Al met al laat het artikel nogal wat achterwege maar het is dan ook een nieuws artikel niet een paper. Als ik er aan denk meld ik me morgen nog eens als ik niet doodmoe nog effe tweakers check voor het slapen gaan en tijd heb gehad om te kijken of ik geen paper erover kan vinden in een journal.

[edit]
Toch nog even rondgekeken. Video's gemaakt met het systeem. Bron: Nature.
Licht wat over een patroon strijkt
http://bcove.me/iap845da

Reflectie van laserpuls door spiegel
http://bcove.me/0r1nj9b4

refactie van een puls bij overgang van lucht naar een vorm van hars
http://bcove.me/gz2xe16a

race tussen 2 lichtpulsen, eentje in lucht, eentje in hars
http://bcove.me/han06918

Ogenschijnlijk sneller dan licht fenomeen
http://bcove.me/qihoxu70

en de langste, bijna een hele ~5 nanoseconden .. opname dan ;)
http://bcove.me/dhqj1jrl

De volledige publicatie met alle technische details e.d. is via Nature gegaan, helaas kan ik hem nog niet vinden in Nature's programma om alle publicatie tenminste als read-only gratis beschikbaar te maken en ik heb geen betaalde abo op Nature momenteel helaas. Mocht hier iemand rondhangen met toegang tot publicaties in nature dan zou ik ook heel graag wat meer technische details weten uit de eigenlijke paper.

Truste! lol

[Reactie gewijzigd door Innsewerants op 5 december 2014 03:14]

Superinteressant!

Even ter aanvulling het desbetreffende artikel op Nature:

http://www.nature.com/nat...529/full/nature14005.html

edit: en toevoeging op de posts hieronder over de opslag; het schijnt dat ze on-chip geheugen hebben op de CCD voor het opslaan van de data. Dit is dan ook meteen de bottle neck.
"further increasing frame rates using CCD or CMOS technology is fundamentally limited by their on-chip storage and electronic readout speed"
en de link hiernaartoe: http://www.mdpi.com/1424-8220/9/1/430

[Reactie gewijzigd door Art-X op 5 december 2014 09:58]

Het probleem bij dit soort technieken in vanuit mijn (biologisch) oogpunt altijd de toepasbaarheid. Er zijn heel veel geweldig mooie microscopen gemaakt waarmee een proof of principle wordt aangetoond die vervolgens weer worden afgebroken voordat er daadwerkelijk vragen mee beantwoord worden.

Voor biologische processen zou dit theoretisch heel mooi zijn maar het is maar net de vraag of je het lukt deze techniek toe te passen. Maar het blijven erg mooie ontwikkelingen.

Trouwens zijn ze hier niet sneller dan het licht bezig en is dat wel mogelijk?

Als ik het artikel zo browse dan maken ze geen biljoenen opnames maar halen ze de informatie uit 1 enkele exposure. De camera is dus in feite niet snel (sterker nog het is een normale emCCD die zijn langzamer dan sCMOS camera's) daarna reconstrueren ze de grote hoeveelheden frames.

[Reactie gewijzigd door bosbeetle op 5 december 2014 10:05]

Dat vroeg ik me dus ook af. Onbegrijpelijk dat die informatie mist. Het aantal van 1 miljoen microspiegels suggereert 1 miljoen (sub?)pixels, dus 0,3 of 1MP, maar dat lijkt me erg veel. De meeste ultra high speed cams doen absoluut geen hd-video. Als ik de video's op Nature zie lijkt het me zeer laag

[Reactie gewijzigd door Grrrrrene op 4 december 2014 19:54]

Er zijn al cameras die Biljoen frames per seconden kunnen opnemen.
Je ziet gewoon het bundel fotons door een fles gaan. Maar de vraag is, wat is het verschil in de camera met de 100 Miljard en wat je hier op Ted ziet, 1 Biljoen.

https://www.youtube.com/watch?v=Y_9vd4HWlVA
Het TED filmpje (1 biljoen) is gemaakt met lock-in. Eigenlijk is het dus geen enkele continue film, maar zijn eindeloos veel sequenties gefilmd van dezelfde gebeurtenis, en deze vervolgens samen gesteld in een kort filmpje, dit is de lock-in methode. Iets dergelijks word ook gebruikt bij ToF camera's (time-of-flight).
Ik neem aan dat de medicijn opname anders is gefilms, gezien dit een eenmalig proces is, die dus niet eindeloos repetabel is.
je bedoeld miljoenen niet miljarden? En ja die frames maken veel verschil zeker voor fotonen te filmen. Als er meer frames zijn kan er in slomo beter gezien worden wat er gebeurt en hoe het gebeurt.

[Reactie gewijzigd door oollhhaa op 5 december 2014 10:12]

je bedoeld miljoenen niet miljarden?
Het Amerikaanse "trillion" komt overeen met het Nederlandse "biljoen". 12 nullen, een miljoen miljoen, tien maal zo snel als de camera waar de submission over gaat.
En het Amerikaanse "billion" komt weer overeen met het Nederlandse "miljard"
excuses ik had het fout gezien.
Het verschil tussen die "biljoenen" camera en deze is dat deze camera daadwerkelijk filmt en niet duizenden takes slim in elkaar knipt en plakt.
Deze camera kan dus realtime dingen opnemen die maar één keer gebeuren ipv een paar duizend keer.
Nou nee. Dat filpje is in feite een omgekeerde timelapse. Ze hebben namelijk die laser heel vaak afgeschoten. Dan namen ze een foto na 0.000000001 sec (ofso) dan: repeat maar dan na 0.000000002 sec enz. Resultaat?: allemaal fotos waar de lichtbundel steeds iets verder is. Zet de fotos in de goede volgorde, corrigeer voor gekke einstein relativatie en voila.

Dat filmpje is trouwens een aanrader voor letterlijk iedereen. Supervet om dat lichtbundeltje door die colafles te zien gaan, geen subliminale reclame natuurlijk, puur perongeluk dat ie perfect ligt xD
Ik vraag me af hoeveel licht er wel niet voor nodig is om te kunnen filmen met zo'n framerate. Ik weet dat het met camera's die fhd met 2000fps maken al lastig is. Hoewel de resolutie heel veel lager zal liggen, moet er toch een gigantische hoeveelheid licht nodig zijn. Of werkt dat anders met een ccd-beeldsensor dan met een normaal systeem. (voor mij is dit een onbekende term)
een EMCCD heeft een quantum yield van zo'n 90% in het visuele spectrum. 90% van de photonen kan dus in electronen worden omgezet.
http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device

Je opmerking lijkt me juist. Je hebt gigantisch veel photonen nodig om met deze framerate iets te kunnen meten.
En dat terwijl biologische processen nogal lichtgevoelig kunnen zijn. In dat opzicht misschien een vrij grote beperking in het toepassingsgebied.
Fun fact: In de tijd tussen twee frames is een foton in vacuum ongeveer 2.998 millimeter verplaatst.
Wat kan ik met deze kennis?
Wauw! In de microscopie wereld zou dit geweldig zijn voor 3D reconstructie. Stel je hebt 5 verschillende kleuren (blauw/groen/rood/ver rood/near infrared) en dan ook nog eens op 200 verschillende hoogtes binnen je sample, en dan nog eens een keer 10 plaatjes wilt middelen om achtergrond ruis kwijt te raken, dan heb je al 10000 frames per tijdseenheid nodig. En als je dan nog eens biologische processen in de orde van grootte van microseconden wilt bekijken, dan zit je al zo aan de 10 miljard frames per seconde..

Edit: typo's

[Reactie gewijzigd door mdommel op 4 december 2014 19:44]

Er is nog een snellere camera, al kun je erover discussiëren of dat wel echte frames zijn: Ultrafast Camera Records at Speed of Light. Die is zo snel dat je het licht kunt zien bewegen. Dit is natuurlijk ook verbazend snel.
En: http://www.ted.com/talks/...rillion_frames_per_second

Of zelfs 4,4 biljoen frames:
http://www.scientias.nl/s...cties-fotograferen/104280

Edit:
Licht door een fles gefilmt:
https://www.youtube.com/watch?v=-fSqFWcb4rE

[Reactie gewijzigd door Rudie_V op 4 december 2014 19:27]

Edit:
Licht door een fles gefilmt:
https://www.youtube.com/watch?v=-fSqFWcb4rE
Dat filmpje komt bij mij erg fake of rot geknipt over...

Het licht gaat in 1x uit en aan qua omgeving, maar de laser is wel vertraagd. Something is not right there.
Het enige wat not right is is je opmerking :P Maar dat had je zelf ook uit kunnen zoeken als je wat moeite had gedaan..

Zo had je de tekst en links onder het youtubefilmpje kunnen bekijken. Of anders zou ik zeggen kijk het TED filmpje eens, want dat heb je blijkbaar ook niet gedaan. :)

Spoiler: daarin wordt alles besproken en zie je hetzelfde filmpje met de cola fles ook.

Nep? Volgens mij niet hoor...
Notabene een artikel op Tweakers.net zelf over geweest:
nieuws: MIT ontwikkelt camera met biljoen fps

Valt me op dat er intern vaak sprake is van geheugenverlies.
Zoals al aangekaart is werk die anders. Daar doen ze 1 experiment 1000 keer en elke keer worden er net iets andere beelden verwerkt. Die worden dan gecombineerd en zo krijg je een enorm hoge frame rate. Maar dat is dus niet te vergelijken met deze camera.
Die werkt wel anders.
Ze doen volgens mij meerdere lichtpulsen die ze dan op verschillende tijdsmomenten fotoś van maken. Die ze dan zo achter elkaar zetten alsof het 1 opname is.
Om het met een auto uit te leggen.
Deze filmt een auto die voorbij rijd 1 een keer en bij die waar jij het over hebt rijd de auto 100 keer voorbij en maak je elke keer een foto als de auto net ietsjes verder is en zet die foto's achter elkaar met ongeveer het zelfde filmpje als het voor gaande voorbeeld. Voor sommige onderzoeken maakt dat niet uit, maar ik kan me goed voorstellen dat het niet wenselijk is bij bepaalde onderzoeken.
Dit is een stroboscopische camera. Je moet het experiment dus heel vaak herhalen om alle frames van je filmpje te hebben. Voor events die niet iedere keer precies hetzelfde plaatsvinden is dat zinloos. De cup camera meet in real time.
Op wat voor manier wordt al deze data dan opgeslagen? Erg hoge schrijf snelheid nodig lijkt me dan...
staat in de bron, een voor opslag aangepast ccd systeem wat dit allemaal kan verwerken in 5ns. Veel dieper gaan ze er niet op in..
Ik denk niet dat je ff met een SDHC kaartje aan hoeft te kloppen :) Maar ik gok een vette RAID opstelling maar zelfs dan nog. En idd, afhankelijk van de resolutie zal er een nog vettere RAID opstelling aan moeten. Maar goed een probleem per keer, deze camera is erg snel, nu nog een opslag medium wat hem bij kan houden ;)
Het zou kunnen dat de ccd als buffer wordt gebruikt
Dus een ccd die vele malen groter is dan de opname resolutie. En dan meerdere frames over het oppervlakte verdelen en die vervolgens opslaan.
Ik verzin het maar he als iemand het wel weet ben ik erg benieuwd.
Gewoon in een buffer stoppen en dat op z'n gemak laten wegschrijven op een SSD.
En waar maak je die buffer van?
Voor iedere bit info heb je 100gbit aan bandbreedte nodig.
Voor een zwart-wit plaatje van 100x100 pixels moet je een miljoen gigabit per seconde opslaan. Nu zullen ze met deze camera niet meer dan een fractie van een seconde achter elkaar filmen, maar het blijft belachelijk veel data.
Er is vast een oplossing, anders hadden ze die camera niet kunnen bouwen, maar dat is ingewikkelder dan een paar balkjes DDR3 RAM.
Zou dit niet kunnen met een paar miljoen DDR4-balkjes die samen een scratch disk vormen oid? Het wordt een hoop werk om werkend te krijgen (hoe wil je de data überhaupt zo snel overdragen naar dat RAM :?) (vind maar eens een moederbord met een paar miljoen DDR4-slots :+) maar ik denk dat het een optie zou kunnen zijn..
Je moet niet denken in cosumenten hardware :). Er zijn voor dit soort toepassingen FPGAs e.d. zodat de data direct gecomprimeerd/bewerkt kan worden voordat het opgeslagen wordt.
Daar zat ik inderdaad ook aan te denken, en dan zoveel mogelijk data parrallel verwerken.
Hoeveel frames/momenten per seconden zijn er natuurkundig gezien dan.
http://en.wikipedia.org/wiki/Planck_time

Een plancktijd is ongeveer 5,391×10-44 s, wat beschouwd wordt in de "huidige stand van de wetenschap de kleinste betekenisvolle lengte van tijd". Volgens die definitie heeft tijd een frame rate van 1,855×1043 s-1.
Plancktijd is de kortste tijd waarop je kan meten. Dat betekent niet dat het universum een tijdstap van plancktijd heeft. Of tijd is gekwantiseerd of continu is, is nog niet bekend. Als het wel discreet zou zijn, zou een tijdstap een chronon heten. Je zou bijvoorbeeldeen een meting kunnen doen van 1.5 plancktijd, die 0.5 plancktijd extra heeft dan absoluut betekenis.

[Reactie gewijzigd door TomoNL op 4 december 2014 21:38]

De plancktijd heeft niets te maken met metingen. Het is de tijdsschaal waarop je zwaartekracht quantum mechanische moet beschrijven.
Hoeveel frames/momenten per seconden zijn er natuurkundig gezien dan.
Ruwweg 10^43 ( planckseconden ).
Even maar als eerste: wat is het nut hiervan?

1 miljard. 1.000.000.000. Bij 60FPS afspelen ben je dik 31 jaar bezig met kijken naar wat er in 1 seconde is gebeurt.

Gaat niet niet voorbij elke vorm van redelijkheid?
Misschien even de laatste alinea lezen:

"Volgens de makers is het camerasysteem vooral toepasbaar in de wetenschap en dan met name in de medische biologie. Het is bijvoorbeeld mogelijk om cellulaire processen inzichtelijk te maken door beelden met hoge snelheid vast te leggen."

Oftewel, hiermee is het mogelijk om processen die in een erg korte tijd plaatsvinden (denk aan nanosecondes) inzichtelijker te maken door ze op een normale snelheid af te spelen.

[Reactie gewijzigd door Safaci op 4 december 2014 19:08]

Inderdaad op miniscule schaal gebeuren zaken veel sneller dan zoals wij gewend zijn. Dit ga je niet zien in normale omstandigheden.
Ging me niet om de snelheid van toepasbaarheid - maar om de snelheid om het vervolgens te kunnen registreren en verwerken. Immers heb je niks aan beelden totdat iemand ze bekijkt en daarvoor moet het aanzienlijk vertraagd worden.

[Reactie gewijzigd door Xanaroth op 4 december 2014 19:20]

Waarom denk je dat ze 1 volle seconde volledig willen bekijken? Waarschijnlijk zijn ze geïnteresseerd in bv de eerste 60 miljardste seconden. Dan heb je bij afspelen met 60 fps precies 1 sec beeld.
Omdat je dus zo veel frames hebt ben je erg flexibel met je afspeelsnelheid. Immers hoeven niet alle beelden gebruikt worden. Maar dat je de luxe hebt uit zo veel opnames is erg interessant.
Waarom moet het een mens zijn die die beelden bekijkt? Ik kan me zat situaties voorstellen met automatische beeldanalyse het werk kan doen, of minstens een voorselectie maken uit die inderdaad bizarre hoeveelheid data.
Natuurlijk moet het vertraagd worden -- beelden van hogesnelheidscamera's worden altijd vertraagd afgespeeld, anders heb je er niets aan. Het gaat erom dat je kunt zien wat in heel kleine tijdstappen gebeurt.
Dit is voor wetenschappelijk onderzoek. Je hoeft niet alles te kijken, maar het is wel fijn als je een bepaald process even heel nauwkeurig wilt bekijken. Inzoomen in de tijd als het ware...
Je bent vergeten door 60 te delen ergens ;) Een half jaar is het met 60fps.
Je denkt alleen aan consumenten, en daar is het juist niet voor bedoeld.
Wel eens Time Warp op Discovery gezien??
http://nl.wikipedia.org/wiki/Time_Warp

Voor wetenschappers soms van zeer nuttige waarde...
En hoe meer fps je kunt filmen, des te beter!
Door het gewoon extreem versneld af te spelen en vervolgens in te zoomen op het moment dat je nader wilt bestuderen kun je natuurlijk een extreem gedetailleerde analyse maken.
What the hell... Gewoon niet voor te stellen hoe traag dat zou afspelen als je het @ 30 - 60 fps zou afspelen. Maar goed daarvoor wordt het ook niet toegepast.
Dergelijke ontwikkelingen bieden echter wel perspectief voor ontwikkelingen op pro/consumenten niveau.
Het zou toch vet zijn als ik met m'n iPhone nog 10-100 keer trager op kan nemen :D

Edit: 1 seconde film bekijken zou @ 30 fps grofweg 9259 uur duren....385,8 dagen...
Talking about time travel ;). Je kunt in ieder geval de tijd enorm vertragen zo. Na ruim een jaar kun je zo slechts 1 seconde beleven. Daar kun je vreemde experimenten mee gaan doen?
Eens kijken of je bewustzijn het zou accepteren als je per VR de tijd zo vertraagd beleeft.

[Reactie gewijzigd door nms2003 op 4 december 2014 19:01]

Ik kom op een iets hoger getal uit, nl 52,85 jaar film, als je 1 seconde op 100 miljard fps opneemt.

Ik ben btw wel benieuwd hoeveel fps nodig is om een elektron om z`n kern te zien cirkelen.

[Reactie gewijzigd door enchion op 4 december 2014 23:23]

385 dagen voor 1 seconde? Hoe kom je daar aan?
(ik zie het ondertussen al, je hebt met 1 miljard gewerkt)

100 miljard frames @ 30fps = 3333333333 seconden
/ 60 = 55555555 minuten
/ 60 = 925925 uur
/ 24 = 38580 dagen
/ 365 = 105 jaar
Oef my bad... Dus binnen een mensenleven kun je nog niet 1 seconde bekijken op de "normale" snelheid.
It's over 9000....!

Bizar dat dit mogelijk is.
Hahahaha, er zou per dag, zelfs per week weinig gebeuren op tv.. :+ Ik denk dat veel veel mensen afhaken. :O
In de gemiddelde soap gebeurt al weinig, daar kun je ook gerust een jaartje niet kijken om dan eigenlijk niks gemist te hebben. :+

Een serie als "Seconds in eternity" scoort vast goed.... ;)
jammer dat er geen filmpje bij zit van een toepassing
Het is misschien nog niet zo interessant, maar in onderstaande link zit wel een filmpje van een laserlicht vastgelegd op camera.
http://www.dailymail.co.u...SECOND-capture-laser.html

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True