具有多种应用的新型超快相机

在国家科学研究研究所（INRS）能源通信研究中心的实验室里，梁金阳教授和他的同事正在开发一种新的超高速单像素相机。

这种新设备称为通过扫描聚合模式加速的单像素成像（SPI-ASAP），能够使用光调制以每秒12，000帧的速度流式传输视频，从而具有极大的灵活性。这项工作发表在《自然通讯》杂志上，代表了超高速单像素成像的突破。

SPI-ASAP示意图

“这款新相机是一种创新的原型，对魁北克和加拿大其他地区的光子学行业具有潜在的好处，”专门研究超快成像和生物光子学的研究员，该研究的通讯作者梁博士说。

技术强大

多年来，梁金阳教授一直专注于新型光学成像器件中的激光调制技术。单像素成像（SPI）已成为一种使用光调制和单点探测器而不是二维传感器的强大技术。然而，大多数SPI系统受到仅使用数字微镜器件（DMD）的限制，这意味着单像素相机记录图像的速度只有几十赫兹。

SPI-ASAP 在各种场景、帧分辨率和帧速率下实时运行的演示视频。学分：梁金阳教授和博士生帕特里克·基尔卡伦（国家科学研究所）

其他方法使用快速移动的物理编码掩码进行光调制。虽然速度很快，但这些掩模也可以固定分辨率，使此类系统无法灵活地适应不同的实验参数。

与这些方法相比，INRS科学家开发的新相机将数字微镜设备与激光扫描相结合，以实现快速和可重新配置的图案投影。这允许系统在不同的空间分辨率以及不同的成像速度和模式下运行。因此，它能够以每秒 100 帧 （fps） 的速度流式传输实时视频，离线速度高达 12,000 fps。

“以100 fps实时成像的能力超越了现有技术，并阐明了许多需要现场分析和在线反馈的工业应用，”该论文的第一作者，INRS的博士生Patrick Kilcullen说。

应用广泛

另一个特点是该系统非常通用，可以轻松适应许多配置。

从科学上讲，该设备可能具有广泛的应用，特别是在不可见光谱中，因为没有合适的相机。超高速成像可以捕获瞬态事件，例如燃烧现象分析、有害气体检测和半导体材料表征。

该团队由博士生Patrick Kilcullen和教授Tsuneyuki Ozaki和Jinyang Liang组成，已为该技术申请专利，目前正在寻求合作将其商业化。

相关链接：https://phys.org/news/2023-01-ultrafast-camera-multiple-applications.html