ว้าว! กล้องความเร็วสูงจับภาพขณะ “โฟตอน” วิ่งในขวด

นักวิจัยเอ็มไอทีพัฒนาระบบถ่ายภาพความเร็วสูงที่สามารถจับภาพได้ถึงวินาทีละล้านล้านภาพ จนสามารถสร้างคลิปภาพช้าขณะ “โฟตอน” วิ่งในขวดน้ำอัดลม 1 ลิตรได้ เชื่อจะเป็นประโยชน์ต่อวงการแพทย์ อุตสาหกรรม งานวิจัย รวมถึงวงการถ่ายภาพทั่วไปได้

ราเมช รัสการ์ (Ramesh Raskar) ผู้ช่วยศาสตราจารย์จากห้องปฏิบัติการมีเดียแล็บ (Media Lab) สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซต์ส (Massachusetts Institute of Technology) หรือเอ็มไอที (M.I.T.) สหรัฐฯ เผยว่าทีมวิจัยของเขาได้สร้างกล้องบันทึกภาพช้าที่เราสามารถเห็นโฟตอน (photon) หรืออนุภาคแสงเคลื่อนที่ไปในที่ว่าง ซึ่งก่อนหน้านี้มีกล้องที่สามารถบันทึกภาพกระสุนยิงทะลุลูกแอปเปิลได้ แต่ระบบบันทึกภาพล่าสุดของเขานั้นสามารถบันทึกโฟตอนที่เปรียบเสมือนลุกกระสุนของแสงซึ่งมีความเร็วมากกว่าลูกกระสุนถึงล้านเท่าได้

ทีมวิจัยบันทึกภาพด้วยความเร็วดังกล่าวได้ด้วยระบบที่สามารถจับการเคลื่อนที่ของโฟตอนในแต่ละที่ว่าง (space) และเวลา (time) แล้วนำข้อมูลมาเรียงร้อยต่อกันด้วยคอมพิวเตอร์กลายเป็นวิดีโอภาพช้า ซึ่งในวิดีโอด้านล่างนี้ได้แสดงให้เห็นแสงเลเซอร์เดินทางผ่านขวดน้ำอัดลม แล้วสะท้อนกลับจากฝาขวด



คลิปแสดงการเคลื่อนที่ของโฟตอนในขวด


“สิ่งที่คุณได้เห็นในวิดีโอคือค่าเฉลี่ยของพัลส์ (pulses) จำนวนมาก หากเราจับจังหวะแค่พัลส์เดียว เราก็จะได้ข้อมูลไม่มากพอ อย่างแรกเลยเพราะว่ามันจางมาก และอย่างที่สองเพราะเราจะได้เห็นเพียงเส้นๆ เดียวในแต่ละครั้ง” แอนเดรียส์ เวลเทน (Andreas Velten) นักวิจัยจากกลุ่มคาเมราคัลเจอร์ (Camera Culture group) ของมีเดียแล็บ ซึ่งเป็นหัวหน้าทีมทดลองในครั้งนี้อธิบายแก่ผู้สื่อข่าวเอ็มเอสเอ็นบีซี

เทคนิคในการสร้างวิดีโอที่สามารถจับการเคลื่อนที่ของโฟตอนได้คือการใช้กล้องสตรีค (streak camera) ซึ่งรูรับแสงของกล้องนี้เป็นช่องยาวแคบๆ ซึ่งทำให้เห็นทิศทางในแนวนอนได้กว้างแต่เห็นทิศทางในแนวตั้งได้จำกัด ซึ่งเวลเทนกล่าวว่าเราจะเห็นเพียงเส้นๆ เดียว แต่ก็ให้อัตราผลิตเฟรมสูงมากถึงวินาทีละล้านล้านเฟรม ช่วยให้นักวิจัยสร้างภาพยนตร์จากการเดินทางของแสงเส้นเดียวได้ แต่ต้องใช้หลายๆ พัลส์เพื่อปรับปรุงคุณภาพของวิดีโอให้ดีขึ้น และเพราะแสงเลเซอร์นั้นค่อนข้างนิ่งทำให้ภาพที่ได้ดูไม่ผิดเพี้ยนไปจากความเป็นจริง

ในระบบบันทึกภาพความเร็วสูงที่ทีมวิจัยจากเอ็มไอทีพัฒนาขึ้นมานี้ใช้เซนเซอร์เรียงกันมากถึง 500 ตัว และใช้แสงเลเซอร์สีฟ้าจากไททาเนียมเป็นแสงในการสร้างภาพการเคลื่อนของอนุภาคแสง ซึ่งตามที่นักวิจัยระบุ นั้นแสงใช้เวลาเดินทางในขวดเพียงระดับนาโนวินาที แต่พวกเขาต้องใช้เวลาเกือบชั่วโมงเพื่อเก็บรวบวมข้อมูลมาเรียงเป็นภาพวิดีโอ ซึ่งรัสการ์กล่าวว่าเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นมานี้สามารถนำไปใช้ในการถ่ายภาพทางการแพทย์ อุตสาหกรรม งานวิจัย หรือแม้กระทั่งการถ่ายภาพทั่วไปได้



นักวิจัยอธิบายระบบการทำงานของกล้องความเร็วสูง