据悉，加拿大国立科学研究院(INRS)开发了一种相机平台，通过使用现成的组件，可以实现更便宜的超快速成像，可用于多种应用。这种新设备旨在解决目前高速成像的一些限制，包括视差误差和脉冲照明的潜在损伤。相关研究以“Diffraction-gated real-time ultrahigh-speed mapping photography”为题发表在《Optica》上。
单镜头高速测绘相机是研究各种应用中快速动态的有力工具。但现有方法仍然受到序列深度和光通量之间的权衡、视差引起的误差、有限的成像维度以及脉冲照明造成的潜在损伤等因素的制约。
为了克服这些限制，探索了时变光学衍射作为一种新的门控机制来获得超高成像速度。受脉冲前沿倾斜门控成像和光学时空二重性的启发，研究人员在开发的衍射门控实时超高速测绘(DRUM)相机中体现了所提出的范式。DRUM 相机可以在单次曝光中以每秒 480 万帧的速度捕捉瞬态事件。研究人员将其应用于研究飞秒激光诱导的液体击穿和生物样品中激光烧蚀研究。
该相机采用了一种全新的方法来实现高速成像，其成像速度和空间分辨率与商用高速相机相似，但使用现成的组件，成本可能不到当今超高速相机的十分之一，这些昂贵相机的起价接近10万美元。
这一突破被命名为衍射门控实时超高速测绘技术(DRUM)相机，并利用光学衍射作为控制相机门控的机制。
适用于任何CCD或CMOS相机
根据发表的论文，INRS建立了一个平台，其中使用现成的数字微镜DMD来创建门控照明，有效地在亚微秒级别进行实时门控。
该团队将此作为DRUM相机的基础，该相机的序列深度为7帧，在每个短片中捕捉7帧。在表征了系统的空间和时间分辨率后，研究人员用它来记录激光与蒸馏水的相互作用，并将激光烧蚀洋葱细胞作为生物成像模型。
在水实验中，DRUM延时图像显示了响应脉冲激光的等离子体通道的演变和气泡的发展。洋葱细胞的图像揭示了激光引起的各向异性损伤的细节，这些损伤是由表面产生的等离子体的小范围快速变化引起的。
接下来的研究可能包括改进成像速度和序列深度，以及捕获颜色信息的方法，并将相同的成像原理应用于其他应用，如激光雷达等。纳米手术或激光清洁的临床应用也将紧随其后。
研究人员相信DRUM相机将有助于生物医学和自动化技术的进步，如激光雷达，其中超快成像可以更准确地感知危险，而且，DRUM相机的范式是通用的。理论上，它可以与任何CCD和CMOS相机一起使用，而不会降低它们的其他优势。
研究人员开发了用于二维超高速实时成像的DRUM相机，帧率为4.8 Mfps，时间分辨率为0.37µs，序列深度为7帧。DRUM相机提供多功能超高速成像与现成的组件。采用可批量生产的数字微镜DMD作为核心部件，在生产衍射栅时不需要机械运动，使系统具有成本效益和稳定性。DRUM相机的关键特点是能够在满足物体与传感器之间成像条件的同时，在光域中对连续的二维图像进行空间分离和时间栅格。通过将这些连续的图像引导到不同的区域，可以对单个普通 CMOS 传感器进行灵敏的映射测量。这些传感器的高灵敏度，加上使用连续波激光束进行探测，允许以较低的峰值强度进行超高速成像，从而减少了对物体造成光损伤的机会。
原标题：《Optica》INRS相机捕捉到瞬态事件用于自动驾驶的高速激光雷达系统等多种场景
