ابتكار كاميرا تلتقط 2 مليار إطار في الثانية يُحدث تحولًا في تقنيات التصوير العلمي

كاميرا قادرة على التقاط لقطات من مؤشر ليزر بسرعة الضوء تم تطويرها مؤخرًا من قِبل برايان هايدت، العالم المعروف بمقاطع الفيديو التي ينشرها عبر قناة AlphaPhoenix على يوتيوب، تشكل تحديثًا هامًا لكاميرته السابقة التي استطاعت التقاط صور بمعدل مليار إطار في الثانية، لكنها تحمل قيدًا رئيسيًا وهو القدرة على التقاط بكسل واحد فقط في كل مرة، مما يعكس تحديًا تقنيًا مثيرًا في مجال التصوير فائق السرعة.

مشروع كاميرا قادرة على التقاط لقطات من مؤشر ليزر بسرعة الضوء: التصميم والتقنيات المستخدمة

كاميرا هايدت المبتكرة تتألف من مجموعة مكونات بسيطة لكنها فعالة، تشمل مرآة ثابتة على محور دوار، أنبوبين، عدسة واحدة، ومستشعر ضوء دقيق، بالإضافة إلى بعض أكواد بايثون التي تقوم بالتنسيق بين هذه الأجزاء لتحقيق الأداء الفريد؛ فعند توجيه الكاميرا نحو مؤشر ليزر، تلتقط شعاع الضوء الذي يتحرك بسرعة مليارَي إطار في الثانية، موضحة بذلك انتقال الضوء بين المرايا بتوقيت متغير حسب الموضع النسبي للكاميرا تجاه مصدر الليزر. هذا الإنجاز التقني يكشف كيفية التعامل مع حركة الضوء بدقة فائقة، مما يسمح بفهم أعمق لكيفية التنقل السريع لأشعة الليزر في أدوات التصوير الحديثة.

هذه الكاميرا قادرة على التقاط لقطات من مؤشر ليزر بسرعة الضوء وتفسير حركة الضوء في الفيديوهات فائقة السرعة

يشرح برايان هايدت أن الضوء يتحرك حوالي 15 سنتيمترًا، أي ما يعادل ست بوصات تقريبًا، لكل إطار يظهر في الفيديو التي يتم تسجيله، وهو ما يمثل السرعة القصوى للكون، مشيرًا إلى أن الضوء في أي إطار مرجعي لن يسبق أو يتأخر عن هذه السرعة مهما طال الزمن أو قصر. هذا يجعل الفيديو أكثر دقة وواقعية في تصوير حركة الشعاع، حيث تكشف الكاميرا عن الفروق الزمنية الدقيقة التي يتنقل فيها الضوء بين المرايا ضمن إعداد التصوير، مما يوفر نافذة فريدة لرصد الظواهر الفيزيائية بسرعة خارقة يصعب تحقيقها بالكاميرات التقليدية.

تقنيات تصوير مبتكرة تعتمد على تجميع بكسل واحد: كيف يمكن تحقيق تصوير حركة الضوء بسرعة ملياري إطار في الثانية؟

من الناحية النظرية، يمكن بناء كاميرا تقليدية تلتقط صورًا بمعدل ملياري إطار في الثانية، ولكن، كما يشير هايدت، فإن الأدوات المتوافرة لمعظم الناس لا تسمح بهذه الإمكانية؛ وللتغلب على هذه العقبة، تعتمد الكاميرا على التقاط بكسل واحد فقط في كل لقطة متتالية، ثم تُجمع جميع هذه اللقطات الصغيرة في عرض متزامن يعرض حركة كاملة للشعاع بشكل يشبه الفيديو. يوضح هايدت: “إذا تم مزامنة جميع هذه الأشرطة التي تحتوي على بكسل واحد، فبإمكاننا دمجها وتشغيلها معًا في نفس اللحظة، لنحصل على فيديو متكامل”، موضحًا أن هذه الطريقة توفر نتيجة تجريبية متميزة رغم كونها غير مكافئة لالتقاط ملياري إطار في الثانية بطريقة مباشرة.

• تصميم الأجزاء الميكانيكية والإلكترونية للكاميرا بعناية
• كتابة أكواد برمجية لتنظيم عمل المستشعر والعدسة والمرآة
• توجيه الكاميرا نحو مؤشر الليزر لتحقيق الالتقاط الدقيق
• تجميع لقطات البكسل الواحد لتشكيل فيديو متزامن

تجدر الإشارة إلى أن هذه التقنية لا تحاكي كاميرا حقيقية تلتقط ملياري إطار في الثانية بشكل فوري، بل تعتمد على تجميع بيانات عديدة ذات بكسل منفرد في كل لقطة، ما يجعلها طريقة مكلفة للغاية من حيث الوقت والجهد، كما يؤكد هايدت، الذي يشير إلى أن التكلفة والوقت الكبيرين لا يؤديان إلى تحسين ملحوظ في جودة الصور النهائية، رغم القيمة العلمية والتقنية التي تقدمها هذه التجربة في مجال دراسة سرعة الضوء وتصويره. لذا، فإن كاميرا قادرة على التقاط لقطات من مؤشر ليزر بسرعة الضوء تمثل نموذجًا رائدًا في مجال التصوير الفائق السرعة، يفتح آفاقًا جديدة لفهم حركة الضوء وأداء الأجهزة البصرية بأساليب مبتكرة وغير تقليدية.