Wetenschappers ontwikkelen camera die biljoen frames per seconde vastlegt

Japanse onderzoekers hebben een hogesnelheidscamera ontwikkeld die gebeurtenissen kan vastleggen met omgerekend meer dan een biljoen beeldjes per seconde. De resolutie bedraagt 450x450 pixels. Dat is meer dan duizend keer sneller dan conventionele hogesnelheidscamera's.

Het onderzoek staat in het tijdschrift Nature Photonics. De nieuwe technologie heet Stamp, ofwel Sequentially Timed All-optical Mapping Photography. Normale optische hogesnelheidscamera's worden vertraagd door 'trage' mechanische en elektrische componenten, schrijft The Optical Society op zijn site. Bij Stamp worden vrijwel alleen optische componenten gebruikt.

Stamp werkt door middel van het verstrooien van licht. De camera splitst een ultrakorte lichtpuls op in verschillende kleuren die vervolgens op een net iets later tijdstip aankomen bij het te filmen object en dit snel achter elkaar raken. Elke gesplitste kleur kan dan later weer bij elkaar gevoegd worden om een filmpje te maken van een object.

Het maximaal aantal frames dat de eerste versie van Stamp achter elkaar kon opnemen was zes. Nu is het gelukt om 25 beelden achter elkaar op te nemen. De hoofdonderzoeker Keiichi Nakagawa denkt dat met de huidige techniek tot honderd beelden op te kunnen rekken.

Er is wel een nadeel verbonden aan het gebruik van verschillende kleuren om beelden vast te leggen: de optische eigenschappen van het vast te leggen object of fenomeen mogen niet veranderen binnen de door Stamp gebruikte golflengtes. Het vastleggen van golfbewegingen die bijvoorbeeld dezelfde frequentie hebben als het licht, kan problemen opleveren.

Ondanks deze beperkingen, heeft het team de techniek al losgelaten op trillingen in een kristal van lithiumniobaat en hoe een laser die op een stuk glas scherpgesteld was, een heet, snel uitbreidend plasma vormde. De onderzoekers denken dat er veel ultrasnelle fenomenen zo voor de eerste keer vastgelegd kunnen worden, ondanks de beperkingen.

Reacties (73)

[CyBeR]

Hm, ik dacht 'biljoen? zal wel weer verkeerd vertaald zijn' maar uit de bron: '4.4 trillion frames per second'. Hot damn.

[enchion]

Volgens mijn berekening legt licht 6.81mm af per die 100 beeldjes.

Zal mooie beelden moeten kunnen opleveren, hopen dat ze het naar een hoeveelheid van iets van 10000 beelden kunnen opschroeven.

[3raser]

Dus als de afstand tot de actie die ze willen vastleggen groter dan 7mm is ziet de camera het niet eens omdat het licht de sensor nog niet heeft bereikt.

[dasiro]

als ze hem op hetzelfde moment starten als de actie niet nee, maar dat wil niet zeggen dat ze het niet kunnen vastleggen. Alles wat we zien gebeurt in het verleden, met dat verschil dat we de input lag over korte afstanden zo gewend zijn/zo verwaarloosbaar klein is, dat we het als gelijktijdig beschouwen.

Als je naar die gigantisch grote brandende vuurbal kijkt besef je ook niet dat je eigelijk meer dan 8 minuten in het verleden kijkt.

[theobril]

is geen branden he, zoveel zuurstof is er daar nu ook weer niet

[dasiro]

hangt er maar van af wat je definitie van "branden" is. Trouwens 1% van de zon bestaat uit zuurstof, wat meer is dan de volledige massa van de aarde

[Verwijderd]

Verbranding is anders in de chemie vrij specifiek gedefinieerd. Het is taalgebruik uit de oude tijd toen een lamp nog letterlijk brandde. Gemakshalve zijn we het zo blijven noemen maar technisch gesproken brandt een lamp al niet meer sinds het gemeengoed worden van elektriciteit.

Als de zon zou branden dan is een kernreactor ook een verbrandingsoven.

[TheDataDude]

Nee, dan kijk je gewoon 7 mm terug in de tijd

[martinineter]

Dat zou vooral 'leuk' zijn als ze het perfect kunnen timen men het aanzetten van een lichtbron, het vastleggen van zoiets zou mooie beelden op kunnen leveren.

[Roeland007]

Dat zal je waarschijnlijk zo iets zien: https://www.youtube.com/watch?v=-fSqFWcb4rE
Dit is gedaan met speciale camera's met een sluitertijd van 1 biljoenste van een seconde. Maar vervolgens hebben ze dit heel vaak herhaald om genoeg lichtopbrengst te hebben voor dit filmpjes. (als je goed oplet zie je zelfs nog een hele kleine weerkaatsing van het licht tegen het dopje terug gaan.

[PuzzleSolver]

Doordat je de tijd weet tussen het verzenden en het ontvangen van de puls per pixel zou je de diepte kunnen meten met ~3.4mm nauwkeurigheid en een 3D model maken. 1 lichtpuls om de 2.000 frames en je kan tot ~7m diepte meten.

[BobJung]

Dan moet het verschijnsel haaks op de beelden gaan, 2d anders heb je scherpte diepte problemen lijkt me. Misschien een licht schakeling zien omklappen van 0 naar 1 ,benieuwd hoe zoiets eruit ziet.

[memphis]

Krijg je dit:
http://www.dumpert.nl/med...61/d5099ddb/kijktip_.html

[angelina]

Dus die 25 beeldjes zijn in 6 picoseconden genomen?

[SinergyX]

Maar eigenlijk is dit beetje scheef, omdat ze nooit een seconde vol kunnen maken, omdat ze nu maar max 100/440000000ennogwatnullenste van een seconde kunnen vastleggen. Dus zo kan je het wel lekker doortrekken, maar het is dus een aantal die realistisch gewoon niet haalbaar is.

[Karp]

Frames per seconde is een snelheid, net als kilometer per uur. Ik kan 20 kilometer per uur rennen, zonder daarvoor een uur te moeten rennen.

[-GSF-JohnDoe]

Dat is wel zo, maar als jij die 20 km/u maar voor 5 seconden volhoudt zullen veel mensen het een beetje misleidend vinden als jij ze verteld dat jij "20 km/u kan rennen". Technisch wel correct, maar ook misleidend want in één uur kan jij geen 20 kilometer rennen.

Dan was "Wetenschappers ontwikkelen camera die 25 frames in 5.75 picoseconden vastlegt" correcter. De snelheid is hetzelfde, maar geeft ook aan hoe lang deze snelheid kan worden vastgehouden.

[MoiZie]

Ware het niet dat je in dit soort camera's niet terugrekent vanaf het aantal frames, maar het gewoon uitdrukt in de snelheid waarin de frames worden opgenomen. Daadwerkelijk 4,4 biljoen fps dus. De Brandaris in Nederland kan ook met 25 miljoen fps opnemen, maar dat houdt hij ook maar 256 beelden vol. Om dan te zeggen dat deze nieuwe camera dus veel langzamer is dan de huidige geplaatste camera, want; meer frames, in meer tijd dan 5.75 picoseconden.

edit: biljoen, triljoen, trillion, billion, etc......

[Reactie gewijzigd door MoiZie op 23 juli 2024 18:56]

[erikieperikie]

Biljoen, niet triljoen.
Hier een leuke video over hoe nou die verschillen tussen miljoen/miljard/biljoen en het Engelse million/billion/trillion zijn ontstaan. Er zijn logische voordelen voor het gebruik van elk systeem apart en beiden kennen nadelen. Echter, het grootste nadeel is de verwarring doordat verschillende mensen verschillende systemen gebruiken. Het voordeel daarvan is historische en culturele diversiteit, zie hier voor voorbeelden hiervan.

[Reactie gewijzigd door erikieperikie op 23 juli 2024 18:56]

[tweakersid]

Toch is het een gangbare maatstaf en helemaal niet misleidend ook in atletiek bijv de snelste mens die rent ook ff gechekt 44.7 km per uur ,snelheid van een worp etc etc.Voor een kenner is die nominatie voldoende.

[Cergorach]

Zo wordt dat niet omschreven in dit artikel:

Wetenschappers ontwikkelen camera die biljoen frames per seconde vastlegt

[Thekilldevilhil]

Als je nou het hele artikel doorleest:

"De onderzoekers denken dat er veel ultrasnelle fenomenen zo voor de eerste keer vastgelegd kunnen worden, ondanks de beperkingen"

Het is niet bedoeld om leuke slomo youtube filmpjes mee te maken...

Daarbij zit er geen tijdspan in "frame per seconden". Ander gezegd, een auto die 400km/uur kan maar dat maar 1km vol houdt kan ook ineens geen 400km/u? frame per second gaat alleen over de tijd tussen de opeenvolgende frames en niet over hoeveel frame je met die snelheid kan opnemen.

Dus nee, het is niet scheef.

Edit: Karp was me voor, het punt is in ieder geval duidelijk.

[Reactie gewijzigd door Thekilldevilhil op 23 juli 2024 18:56]

[Brummetje]

Volgens mij is Trillion ook gewoon Biljoen in het nederlands Triljoen is namelijk nog een stap hoger..

Triljoen is weer gelijk aan Quintillion

Dit is natuurlijk gedaan om het makkelijk te houden

[Durandal]

Die Amerikanen hebben wat moeite met complexiteit, dus ze neigen dingen to (over)versimpelen. Vroeger hadden de Britten dezelfde 'stappen', tegenwoordig zijn ze maar met de amerikanen mee gegaan:

Formerly, in UK English billion was used for 1012, just like Dutch biljoen, and a Dutch miljard was a thousand million.
...
Note that the term milliard for Dutch miljard officially exists in UK English, but is virtually never used.

http://baxtercommunicatio...illions-billions-tangled/

Vroeger, spraken de amerikanen over Aluminium net als wij, maar dat was te moeilijk dus nu is is het daar Aluminum (+/-1895). En zo zijn er nog wel wat voorbeelden (colour->color, potatoe->potato, etc..).

[Reactie gewijzigd door Durandal op 23 juli 2024 18:56]

[Teijgetje]

Tja, vroeger............scheelde het maar een paar stemmen of ze hadden Nederlands gesproken daaro.

[Dekar]

Quadrillion bedoel je. Quintillion is een quadriljoen.

Eigenlijk vind ik de engelse manier logischer. Van M-illion naar B-illion naar Tr-illion

Als in mono, bi, tri, in de plaats van twee keer de M gebruiken voor miljoen en miljard. Maar het is maar wat je gewend bent.

[kalekip1]

Het is sowieso raar. Het Engelse "billion" is het Nederlandse "miljard".

[Pizzajongen]

Je kan niet met dit nieuws aan komen zetten en dan geen filmpje plaatsen.

[EddoH]

Dat wordt een kort filmpje als je maar 25 frames hebt...

[Boppo84]

Dit filmpje geeft het principe schitterend weer:

https://www.youtube.com/watch?v=TtXzrlXxCkM

[Aham brahmasmi]

Je hoeft het niet in real-time af te spelen. Dat doet men ook nooit met beelden van alle andere hogesnelheidscamera's.

[Dekar]

Op 25 fps precies een seconde. Genoeg om leuke fenomenen op weer te geven, zoald in het artikel wordt beschreven.

[HKS-Skyline]

Dit is een andere camera die 1 triljoen beelden per seconde vast kan leggen, veel langzamer dan de camera uit het bovenstaande bericht, maar het geeft een idee.

https://www.youtube.com/watch?v=fQh04yc3Qh4

[Freaky_Angelus]

Dat is waarschijnlijk de tegenhanger die werd besproken in het bronartikel.

Die kan ook heel snel een moment vast leggen, echter uitsluitend 1x en dan heeft het tijd nodig om te verwerken. Hierdoor is het heel handig als een experiment herhaalbaar is op exact dezelfde wijze. Kun je dat niet, zoals het voorbeeld van plasma van de laser wat toch elke keer anders zal zijn (minimaal maar toch, denk aan het pad van bliksem), dan heb je helaas beduidend minder aan die techniek.

[mvds]

Volgens mij is triljoen > biljoen hoor Dus is die camera niet veel langzamer, maar zelfs nog veel sneller!

Een triljoen is een miljoen tot de 3e macht
Een biljoen is een miljoen tot de 2e macht

[Reactie gewijzigd door mvds op 23 juli 2024 18:56]

[Maruten]

Het gaat hier om het Engelse trillion, dus biljoen in het Nederlands.

Edit: Eigenlijk van toepassing op HKS-Skyline's post....

[Reactie gewijzigd door Maruten op 23 juli 2024 18:56]

[Veneficus]

Is dezelfde snelheid.

trillion (EN) =/= triljoen (NL)

trillion (EN) = biljoen (NL)

million = miljoen
billion = miljard
trillion = biljoen
quadrillion = biljard

[Teijgetje]

Biljard is toch gewoon biljard in het Amerikaans?

[Veneficus]

https://en.wikipedia.org/wiki/Long_and_short_scales

Amerika gebruikt short scale

[Teijgetje]

Oh, ik dacht ook gewoon een billiart cue.

[MoietyMe]

Er zijn slechts 25 beeldjes opgenomen; daar kan je wel 1 seconden film van maken waarop je niks ziet, maar daar heeft niemand iets aan.

[Flight77]

op 30fps afspelen heb dan wel weer een filmpje van een seconde waar als het goed is, wel wat op is te zien...

[Freaky_Angelus]

Grappig, viel ik ook al over en ik weerhoud me nog van het maken van de te obvious quote op dit verhaal. Helaas staat in de bron ook geen beeldmateriaal (en is het bijna een letterlijke vertaling naar Nederlands geweest).

[Manny Calavera]

Als ik het goed begrijp kan de camera helemaal niet een biljoen frames per seconde opnemen.
Dat is alsof je zegt dat mijn OnePlus 4K beelden kan schieten, oneindig lang.
In de praktijk blijkt gewoon dat je kaartje op een gegeven moment vol zit. Hier is dat dus 25 frames.
Een fractie van wat je kan doortrekken tot zo'n gigantisch getal is gewoon lezers proberen te scoren.
Jammer.

[tweakersid]

Het is een specificatie van het apparaat waar talloze onderzoekers in veel verschillende vakgebieden baanbrekend resultaat mee kunnen behalen, jammer dat je dat als tweaker niet waardeert.

[Manny Calavera]

Ik reageer puur op het feit dat dit lezers scoren is met zo'n misleidende titel.
Niet op het feit dat er een camera ontwikkeld is met gave specs.

[proatjeboksem]

Als je maar 25 frames kunt opnemen, moet je wel erg veel geluk hebben bij het maken van opnames van wat voor fenomeen dan ook. Of heel goed kunnen plannen.

Desalwelteplus een mooie ontwikkeling. Hier kun je vast heel veel leuke dingen inzichtelijk mee maken.

[Verwijderd]

Je kunt uitrekenen wanneer je moet beginnen met schieten. Laser begint met verwarmen op moment X, na Y moet er zoveel energie toegevoegd zijn dat reactie Z zou moeten beginnen.
Je kunt een paar keer missen, dat zou al een aanleiding kunnen zijn om de formule in twijfel te trekken, of om tot nieuwe inzichten te komen.
Of het gaat gewoon in een keer goed en je hebt een prachtige reeks foto's van de reactie.

[Onno !]

http://www.iflscience.com...44-trillion-frames-second

Artikel van 14 augustus 2014, op dat moment konden ze 6 frames vastleggen. Nu 25 frames

[Reactie gewijzigd door Onno ! op 23 juli 2024 18:56]

[Jeweettoch13]

Ik heb dit volgens mij al eens twee jaar terug op YouTube gespot onder de naam femtophotography. Ze hebben het dan ook al over een biljoen fps.

Zie https://www.google.nl/url...iC_LN4x4NHCZXfKu9Z_PasvoA

[bosbeetle]

hmm gaat nu elke camera die dit haalt besproken worden alsof het nooit eerder gedaan is.

nieuws: Wetenschappers maken camera die beelden schiet met 100 miljard fps

video: Onderzoekers ontwikkelen camera met biljoen fps

Als tweakers zijnde zou ik in ieder geval blijven refereren naar deze eerdere nieuwsberichten.

[Woask]

Hoeveel Tb vraagt 1 seconde aan opnemen dan?

[True]

Even een foto van me gecropt naar 450x450 pixels, deze was toen 56,0kB groot.
1 biljoen = 1.000.000.000.000
1.000.000.000.000 * 56,0 = 56.000.000.000.000kB =
56 000 000 000 000 kilobytes = 56 000 terabytes (volgens Google, cba) dus een slordige 56 PB,
Volgens de pricewatch zou een OCZ Z-Drive R4 CM88 PCI-EXPRESS SSD 800GB - 2.800 MB/s kunnen schrijven. Terwijl er 56 PB geschreven moet worden in één seconde. Dus weer terug rekenen naar megabytes: 56.000.000.000 / 2.800 = 20.000.000.000, hier denk ik dat ik fout ga omdat het me lijkt dat je ook synchroon denk aan RAID0 zou kunnen schrijven.

Overigens lijkt het me op dit moment nog niet mogelijk om überhaupt één milliseconde (1/1000ste seconde) te filmen.

[Verwijderd]

In welk formaat worden de filmpjes opgeslagen? Als losse frames, of ook echt via een video codec? De betere video codecs slaan namelijk maar om de zoveel beelden een volledig beeld op. Voor alles daartussen worden alleen verschillen opgeslagen.

Een beetje hetzelfde hoe onze eigen ogen werken. We zien eigenlijk maar heel weinig, het meeste wordt ingevuld door onze hersenen. Vooral lichtverschil en beweging kunnen we goed zien. Ook een van de redenen waarom we zoveel optische illusies zien.

[Seal64]

Ik ga zo maar eens gokken dat dit als platte data in RAM wordt opgeslagen. Ik denk namelijk niet dat je, als je dit eerst door een codec heen moet halen en dan op een harde schijf/geheugenkaart moet wegschrijven, je daarmee deze framerate bijhoudt.

Bovendien wil je, als je met dit soort grappen bezig bent, ook niet het risico lopen dat je er na afloop van je project achter komt dat je toch net niet genoeg kunt zien van welk fenomeen je probeert te volgen, vanwege compressieartefacten.

[Gideon98]

RAM geheugen halen nog geen snelheden van 56PB/s. Als je nu een snelle quad Channel DDR4 kit heb kun je zo'n 70GB per seconde halen. Ik denk dat ze dat hebben gedaan door speciale chips die heel snel zijn en dat het dan daarna naar een HDD word geschreven.

[Qaatloz]

Nu alleen nog de processor ontwikkelen die op die snelheid PB/s data kan verwerken en comprimeren .

Het hele punt van de volledig optische techniek hier is het proberen om onafhankelijk te worden van de electronische componenten die de opname van beelden zou kunnen vertragen. Voor een processor op 1 GHz (10^9) draait, geldt dat die per 1/10^9 seconden een operatie kan uitvoeren. Dit apparaat kan (in theorie) in die tijd al 4400 foto's gemaakt hebben. De huidige computertechniek kan dus bij lange na niet de data verwerken uit deze 'camera' al zou die 1 of 2 seconden kunnen opnemen.

[computerjunky]

niet iedere foto bevat dezelfde data aantal kleuren enz spelen daar een grote rol in. een donkere foto is vele malen kleiner dan een foto waarin de volledige kleuren range gebruikt word.

[True]

Natuurlijk, maar alles delen door 56 zou op 1kB uitkomen en dan zitten we alsnog op een dikke 1.000TB / 1PB per seconde.

[myskylinedrive]

Vooralsnog redden ze dat nog lang niet...
een biljoen = 1.000.000.000.000 beeldjes in 1 sec
ze kunnen er maar 100 achter elkaar opnemen, dus maar 0,00000000001 seconde aan film schieten...
Vooral leuk voor belachelijk snelle beweging vastleggen, zoals trillingen die op megaherzen enzo gaan...

Als je met deze frequentie seconden aan materiaal vast gaat leggen heb je wel een datacentertje nodig waarschijnlijk

Edit:
ze kunnen er nu zelfs maar 25 vast leggen maar wss op te rekken naar 100...en trek er 3 nummel af als er een vertaalfout biljoen / miljard in zit

[Reactie gewijzigd door myskylinedrive op 23 juli 2024 18:56]

[Mar.tin]

Dat is voorlopig niet relevant aangezien ze "slechts" 25 beeldjes kunnen opnemen op het moment, en dat op hopen te rekken naar 100 beeldjes per seconde. Maar uitgaande van enkele kb's per plaatje kom je gauw richting de 2 a 3000 pétabyte per seconde

Edit: Oeps.. Niet per seconde natuurlijk...

[Reactie gewijzigd door Mar.tin op 23 juli 2024 18:56]

[kwikstaart]

Niet 100bps maar 100 beelden. Aangezien ze per beeldje een andere kleur gebruiken, is het resultaat in grijswaarden vermoed ik. Dat scheelt weer de nodige bits per pixel.

[watercoolertje]

Het limiet ligt op 100 beelden dus daar kan je bij lange na nog geen seconde mee vullen.

Maar het is natuurlijk uit te rekenen wat je theoretisch in 1 sec kwijt zou zijn, afhankelijk in wat voor formaat het opgeslagen wordt natuurlijk...

[Thekilldevilhil]

Hij is goed vertaald, de bron zegt trillion wat in het Nederlands dus biljoen is.

[Freaky_Angelus]

Ik ben extreem benieuwd of iemand hier ook opnames van weet te vinden...

Er zijn genoeg natuurkundige zaken die zo kort en intensief zijn dat een dergelijke opname, ook al is het maar 100 frames, zeer waardevol kan zijn. Wat ik me alleen afvraag is waar precies de beperking in opname vandaan komt?

Is er iemand die dit precies weet uit te leggen? (kan het in de bronnen namelijk niet vinden en heb geen toegang tot de paper).

[Qouch]

Nog even wachten:

The presentation, "Motion Picture Femtophotography with Sequentially Timed All-optical Mapping Photography," (..) will take place from 16:00 – 18:00, Tuesday, 12 May 2015.

bron: osa.org

[Reactie gewijzigd door Qouch op 23 juli 2024 18:56]

[Twam]

Ik citeer uit het gelinkte artikel:

"the functionality of STAMP is as follows (Fig. 1, Supplementary Movie 1, Supplementary Fig. 2). A single femtosecond laser pulse (generated by, but not limited to, a pulse-picked Ti:sapphire femtosecond laser) is temporally and spectrally shaped into a train of discrete daughter pulses with equal intensity by the temporal mapping device (TMD), the details of which are shown in the lower left inset of Fig. 1 and described in the Methods. These are incident on the target as successive ‘ flashes ’ for stroboscopic image acquisition (which can be configured in reflection or transmission mode). The image-encoded daughter pulses are ‘ passively ’ and ‘ optically ’ separated by the spatial mapping device (SMD) and directed towards different areas of the image sensor. Details of the SMD are shown in the lower right inset of Fig. 1, and Supplementary Figs 3 and 4, and are described in the Methods. The data recorded by the image sensor are digitally processed on the computer to construct a burst-mode motion picture with the frame interval and exposure time calibrated from the settings of the TMD (Fig. 1, Fig. 2a, Supplementary Fig. 6). These settings can be tuned to optimize the camera ’ s performance, depending on the timescale of the dynamical event of interest. Here, the conventional definitions of exposure time and frame interval in photography 3 are applied to those of STAMP such that they are equal to the full-width at half- maximum (FWHM) of the pulse intensity pro fi le and the time gap between consecutive pulses, respectively (see Supplementary Section ‘ Relation between frame interval and exposure time ’ ). High pixel resolution can be achieved in both macroscopic (600 × 490 pixels) and microscopic (680 × 560 pixels) imaging configurations (Fig. 2b). In our proof-of-principle demonstration, the total number of frames was limited to six due to our simple embodiment of the SMD (Supplementary Figs 3 and 4), but can be increased up to ∼ 100 by increasing the number of periscopes in the periscope array of the SMD or by using a more complex design (see Methods and Supplementary Section ‘ Improvements in STAMP ’ s specifications’ )." ( K. Nakagawa, A. Iwasaki, Y. Oishi, R. Horisaki, A. Tsukamoto, A. Nakamura, K. Hirosawa, H. Liao, T. Ushida, K. Goda, F. Kannari & I. Sakuma 2014)


Ik krijg daaruit het vermoeden dat de beperking deels ligt in de hardwarematige opslag en verwerking van de beelden; dat die niet gelijktijdig met de opname al in data worden omgezet, oid. Dan zit de beperking er dus in dat je je 'camera' moet omringen met steeds meer 'redundancy' als je langere sequences wilt opnemen. Maar dat is puur speculatie van mijn kant - dit is verre van mijn expertise.

[sentiao]

-- foutje, deze kan weg --

[Reactie gewijzigd door sentiao op 23 juli 2024 18:56]