19.08.2016, 15:37:31
Войти Зарегистрироваться
Авторизация на сайте

Ваш логин:

Ваш пароль:

Забыли пароль?

Навигация
Новости
Архив новостей
Реклама
Календарь событий
Right Left

580 000 000 000 кадрів в секунду | Журнал Популярна Механіка

  1. Rapatronic | 1940-і роки
  2. Beckman & Whitley 192 | 1981 рік
  3. «Пікокамера» | 2011 рік

Три знамениті камери для високошвидкісної зйомки.

Ми живемо «тут» і «зараз». Звичне людині простір лежить в масштабах від кілометрів до міліметрів, час - від років до секунд. Наша уява погано вміщує речі по-справжньому великі, ми майже не здатні відзначити події коротше десятих часток секунди. А адже саме там часто відбувається найцікавіше. Зазирнути за ці межі дозволяють технології, і найшвидші речі фіксуються надшвидкісними відеокамерами. Кидок мови хамелеона, політ кулі, ядерний вибух, рух світлової хвилі. Тисячні, мільйонні частки секунди ... і майже що трильйонні.

Високошвидкісна зйомка розвивалася майже так само стрімко, як фотографія і кіно. І якщо в середині XIX століття на отримання одного кадру була потрібна нерухома експозиція в чверть години і довше, то вже в 1878-му Едвард Мейбрідж зміг зі знімками в руках довести, що при бігу кінь не завжди стосується землі хоча б однією ногою. Шотландський фотограф використовував хитромудру систему з 12 камер, затвори яких спрацьовували від ривка ниток, прив'язаних поперек бігової доріжки.

Шотландський фотограф використовував хитромудру систему з 12 камер, затвори яких спрацьовували від ривка ниток, прив'язаних поперек бігової доріжки

Уже в 1930-х компанія Eastman Kodak пропонувала серійно виробляються камеру, здатну робити до 1000 кадрів в секунду на стрічку 16-міліметрової плівки. Інженери з Bell Telephone Laboratories розробили власну систему для вивчення фізики брязкоту релейних контактів, діставшись до планки в 5000 кадрів. Їх систему вдосконалили в компанії Wollensak - 10 000 кадрів. Втім, справжню швидкість фотозйомка набрала завдяки винахіднику Цірсі Міллеру, який в 1940 році запатентував пристрій з обертовим дзеркалом, обіцяла швидкість мільйон кадрів в секунду.

Його патент ліг в основу камери, використаної учасником проекту «Манхеттен» Берліном Брікснером для зйомок першого в історії ядерного вибуху. Випробування «Трініті» фіксували з 10-кілометрового відстані, наставивши на епіцентр відразу півсотні складних знімальних апаратів. У їх числі була і ще одна примітна камера, створена професором Массачусетського технологічного інституту з відповідним прізвищем «Папа Флеш». Гарольд Еджертон вважається батьком швидкісної зйомки, а його камера Rapatronic - першим зразком сучасних апаратів.

Rapatronic | 1940-і роки

Еджертон вже більше десяти років займався високошвидкісний зйомкою, коли йому запропонували розробити камеру для фіксації небачено швидкого (і небачено секретного) події - ядерного вибуху. Для випробувань зазвичай використовували від чотирьох до дванадцяти таких апаратів, кожен з яких міг зробити лише по одному кадру з витримкою 10 наносекунд. Жоден протяжний механізм нездатний спрацювати на такій швидкості, так що після кожного знімка камери доводилося перезаряджати. Чи не впорався б і механічний затвор, керуючий діафрагмою. Але саме тут і переховувався головний секрет Еджертона.

Світло, що потрапляє на об'єктив Rapatronic, блокувався парою поляризаційних фільтрів, повернених щодо оптичної осі перпендикулярно один одному: один «відхиляв» хвилі з вертикальною поляризацією, інший - з горизонтальною. Однак зазор між ними був заповнений прозорою рідиною нитробензола, здатної обертати площину поляризації, якщо до неї прикласти зовнішнє електромагнітне поле. Поле створювалося електромагнітної котушкою, живиться від потужного конденсатора. При спрацьовуванні такого затвора випромінювання з вертикальною поляризацією, пропущене першим фільтром, злегка «підкручувати», і другий фільтр, блокуючий всі вертикальні хвилі, вільно його пропускав на чутливу плівку.

При спрацьовуванні такого затвора випромінювання з вертикальною поляризацією, пропущене першим фільтром, злегка «підкручувати», і другий фільтр, блокуючий всі вертикальні хвилі, вільно його пропускав на чутливу плівку

Beckman & Whitley 192 | 1981 рік

Ще один «пережиток» холодної війни - 726-кілограмова камера Beckman & Whitley 192 - теж створювалася для зйомки ядерних вибухів і знову відправляє нас до перших випробувань в Неваді. Обертові дзеркала Цірсі Міллера тут обернулися обертанням реєструє апаратури навколо тристороннього дзеркала в центрі потужної конструкції. Струмінь стислого газу приводила її в рух, розганяючи до 6000 оборотів в секунду, і нерухомі дзеркала по черзі відображали світло на кожну з 82 закріплених по краю фотокамер. Кожен кадр отримував витримку менше мільйонної частки секунди. І хоча з Rapatronic це не зрівняється, 192-я дозволяла знімати події більш протяжні, а не відключалася після першого знімка. Схожим чином діяла і розроблена в 1950-х роках в СРСР камера ФП-22. Тільки в ній оберталася система дзеркал, так що промінь стрімко оббігав коло по довгій стрічці спеціальної фотоплівки, роблячи до 100 000 кадрів в секунду. Ну а сама легендарна Beckman & Whitley 192, вже списана, в 2000-х майже за безцінь дісталася «мисливцеві за грозами», інженеру Тіму Самарасу. Він переробив її на сучасний лад, замінивши плівкові камери на 82 10-мегапіксельні CCD-матриці. Подорожуючи з камерою в трейлері, Самарас зробив чимало ефектних кадрів з блискавками і торнадо, поки не загинув в урагані, який пронісся над Оклахомою в кінці травня 2013 року.

«Пікокамера» | 2011 рік

Швидкість цієї системи дозволяє записати навіть короткий світловий імпульс, поки він поширюється від денця пляшки, відбивається ковпачком і повертається назад. «У всьому Всесвіті для цієї камери немає нічого надто швидкого», - хвалилися розробники пристрою. Це, звичайно, деяке перебільшення. Строго кажучи, навіть «трильйона кадрів в секунду», як про те поспішили написати новинні видання, їх система не робить: ефективне час експозиції тут становить цілих 1,71 пікосекунди. Але гордість розробників можна зрозуміти. Апаратура, створена в Массачусетському технологічному інституті (MIT), здатна встежити, як розширюється сферична хвиля світла, випущеного імпульсним лазером. Як і у багатьох спеціальних лабораторних інструментів для вимірювання швидкоплинних процесів, в основі системи лежить електронно-оптична камера. Пристрій нагадує прилади нічного бачення: світловий спалах, що надходить в камеру через щілину, вибиває електрони з фотокатода. Вони прискорюються і фокусуються в електромагнітному полі. Нарешті, пучок відхиляється, рухаючись по екрану люмінофора: кожному моменту часу відповідає певна ділянка екрану. Такі камери (і навіть піко секундні) виробляють досить давно, в тому числі і в Росії. Однак вони, як правило, не дозволяють розглянути ніяких деталей. Тому інженери MIT доповнили пристрій поворотним дзеркалом, яке спрямовує щілину камери, «скануючи» всю сцену, і складними математичними алгоритмами, які збирають все в послідовну зміну кадрів.

Стаття «Зупинися, мгнвнье» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №10, Грудень 2016 ).