زمان بندی فریم سفارشی رویدادهای فوق سریع را در پنج مرتبه بزرگی در زمان ثبت می کند
اکثر روش‌های مرسوم عکاسی فوق‌سریع از فواصل مساوی استفاده می‌کنند که در آن عکس‌ها گرفته می‌شوند، اما پیشرفت‌های جدید نشان داده‌اند که چقدر می‌توان از داستان خارج شد، به‌ویژه زمانی که مقیاس‌های زمانی متعددی در کار باشد.
ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان
این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:
اکثر روش‌های مرسوم عکاسی فوق‌سریع از فواصل مساوی استفاده می‌کنند که در آن عکس‌ها گرفته می‌شوند، اما پیشرفت‌های جدید نشان داده‌اند که چقدر می‌توان از داستان خارج شد، به‌ویژه زمانی که مقیاس‌های زمانی متعددی در کار باشد.
رویدادهای فوق سریع، مانند پالس لیزر یا انتشار موج شوک را می توان با استفاده از تصویربرداری فوق سریع ثبت کرد. روش‌های متداول تصویربرداری بر اساس مقیاس‌های زمانی میکروثانیه (میلیونم ثانیه) یا میلی‌ثانیه (هزارم ثانیه) عمل می‌کنند و معمولا دارای یک بازه زمانی مجموعه‌ای با فاصله مساوی – یا اکثرا با فواصل مساوی – هستند که در آن تصاویر گرفته می‌شوند. در حالی که این می تواند برای ثبت برخی از ویژگی های رویداد فوق سریع کار کند، اما هر دینامیک مهم و قابل مشاهده در فواصل منظم اتفاق نمی افتد.
برای رسیدگی به این موضوع، تیمی به سرپرستی دانشیار Keiichi Nakagawa از گروه مهندسی زیستی در دانشگاه توکیو، روشی را برای ثبت این نمونه‌های نادیده با تمرکز بر عکس‌های محدود خود بر زمان‌هایی که در طی آن تغییرات دینامیکی اتفاق می‌افتد، با استفاده از عکاسی فوق سریع لگاریتمی و تولید تاخیر فردی با تفکیک باند (BRIDGE) توسعه دادند. این کار در مجله Optica منتشر شده است.
عکاسی فوق سریع لگاریتمی فرآیندی است که تعداد مجموعه‌ای از فریم‌های تک‌شات را در یک دوره زمانی توزیع می‌کند که زمان‌بندی شده برای مطابقت با لحظه‌های دارای اهمیت مشخصه در وقوع هدف است. تیم این تکنیک را برای ثبت بهتر مواردی که در غیر این صورت به دلیل سرعت واکنش و کاستی های تکنیک های مرسوم دیده نمی شد، توسعه دادند.
مفهوم عکاسی فوق سریع لگاریتمی در عکاسی نقشه برداری تمام اپتیکال با زمان متوالی یا STAMP اجرا می شود که کیفیت تصویر بالا و عملکرد فوق سریع را با استفاده از BRIDGE ارائه می دهد. BRIDGE نوارهای طول موج را به صورت متوالی استخراج می کند و امکان تنظیم مستقل این باندها را فراهم می کند و در عین حال توانایی نگاشت آنها را به لحظه های خاص در طول فرآیند پویا حفظ می کند. در این فرآیند، تعداد محدودی فریم را می توان در مقیاس های زمانی فمتوثانیه (چهار میلیاردم ثانیه) تا نانوثانیه (میلیاردم ثانیه) قرار داد.
با BRIDGE، کنترل زمان‌بندی در مقیاس‌های زمانی قابل دسترسی است و می‌تواند مشاهدات آنچه را که معمولا خیلی سریع اتفاق می‌افتد و دیده نمی‌شود، افزایش دهد.
کیتارو شیمادا، محقق فوق دکتری در گروه ناکاگاوا و نویسنده اصلی این مطالعه گفت: "ما می‌خواستیم راهی برای اتصال این مقیاس‌های زمانی بسیار متفاوت در یک اندازه‌گیری پیدا کنیم. به عبارت دیگر، می‌خواستیم هم اولین نمونه و هم آنچه را که در پی می‌آید، بدون نیاز به انتخاب یکی یا دیگری ببینیم."
با سفارشی‌سازی فواصل بین فریم‌ها هنگام گرفتن عکس‌های فوق سریع، محققان می‌توانند لحظات کلیدی را که در غیر این صورت ممکن است با فواصل منظم از دست بروند، کاهش دهند و اجازه می‌دهند که شروع یک رویداد فوق‌سریع علاوه بر آنچه که بلافاصله پس از آن در ادامه می‌آید، در یک عکس ثبت شود. این تکنیک به 11 فریم اجازه می دهد تا نمونه های کلیدی را در پنج مرتبه بزرگی در زمان ثبت کند - از حدود 100 فمتوثانیه تا 10 نانوثانیه.
تصویربرداری فوق سریع تک شات معمولی اغلب شامل تصویربرداری در یک بازه زمانی یکنواخت در یک بازه زمانی انتخاب شده است که بر یک لحظه ثبت شده در طول فرآیند به جای کل سفر تاکید می کند.
ناکاگاوا، یکی از نویسندگان و محقق اصلی این مطالعه گفت: "ما به ویژه به پدیده هایی علاقه مند هستیم که بازتولید دقیق آنها دشوار است. در این موارد، ثبت مراحل اولیه و بعدی یک رویداد می تواند روابطی را آشکار کند که ممکن است با بازسازی یک دنباله از آزمایش های جداگانه از بین برود."
محققان همچنان بر روی یادگیری بیشتر در مورد ناشناخته تمرکز می‌کنند: پدیده‌های کوتاه‌مدتی که لحظات اوج آنها گریزان است، یا ارتباطات بین مراحل مختلف یک فرآیند فیزیکی که هنوز به دلیل تفاوت در مقیاس‌های زمانی دیده نشده‌اند. این تکنیک کاربردهای بالقوه زیادی دارد، اگرچه محققان استفاده از آن را عمدتا در پردازش لیزر، دینامیک مواد، تحقیقات امواج شوک و پلاسما و کاربردهای زیست پزشکی پیشنهاد می‌کنند.
کیتارو شیمادا و همکاران، عکاسی فوق سریع لگاریتمی با تولید تأخیر فردی با باند، Optica (2026). DOI: 10.1364/optica.610944
کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →
لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →
متن اصلی (انگلیسی)
Custom frame timing captures ultrafast events across five orders of magnitude in time
Most conventional methods of ultrafast photography use evenly spaced intervals in which images are taken, but new developments have shown how much can be left out of the story, especially when multiple timescales are involved.