Снимок пяти измерений — ученые научились создавать 5D фотографии

Подробное исследование многих явлений требует куда более объемных изображений. Даже полноценная 3D-картинка может не давать нужной информации. Нужно добавить больше измерений, решили ученые. И у них получилось.

Снимок пяти измерений — ученые научились создавать 5D фотографии

Обогащенная информацией оптическая визуализация может предоставить многомерную картинку, позволяющую наблюдать и анализировать целевой объект, помогая понять загадочные явления и неизвестные миры. Благодаря способности снимать динамические сцены в пикосекундных и даже фемтосекундных временных масштабах, сверхбыстрая многомерная оптическая визуализация применяется для обнаружения сверхбыстрых явлений в физике, химии и биологии.

Несмотря на то, что сверхбыстрая визуализация с помощью датчика накачки позволяет получать многомерную информацию с высоким разрешением, она не может адекватно фиксировать нестабильные или необратимые переходные процессы. К счастью, сжатая сверхбыстрая фотография (CUP), полученная при сжатой съемке и построении полос, превосходит традиционную сверхбыструю визуализацию на основе зонда с помпой. CUP привлек к себе большое внимание благодаря своему высокому временному разрешению и высокой пропускной способности данных. Он успешно применяется при исследовании различных сверхбыстрых явлений, таких как захват сверхбыстрых фотонов, наблюдение оптического конуса Маха и обнаружение оптической хаотической динамики.

Для многих сверхбыстрых явлений пространственное объемное распределение и спектральный состав динамической сцены имеют решающее значение для наблюдения динамических процессов и исследования потенциальных механизмов. Хотя сверхбыстрая оптическая визуализация быстро развивалась, и в последние годы было предложено множество методов с пространственным или спектральным разрешением, до сих пор ни один метод сверхбыстрой визуализации не смог получить временную, пространственно-спектральную ( x, y, z, t и λ) пятимерную (5D) информацию "одним кадром".

Снимок пяти измерений — ученые научились создавать 5D фотографии

Источник: Ding et al.

Схематическое и 5D изображение SV-CUP. (а) Экспериментальная система. (б) Схема принципа действия. (c) Реконструированный куб данных трехмерного манекена. (d) Отобранные восстановленные изображения 3D-манекена в некоторые репрезентативные времена и длины волн. (e) Спектроскопия с временным разрешением, извлеченная из данных реконструкции.

Как сообщает Advanced Photonics, международная группа под руководством Государственной ключевой лаборатории прецизионной спектроскопии Восточно-Китайского педагогического университета недавно разработала и экспериментально продемонстрировала спектрально-объемную (SV) систему CUP, которая может одновременно захватывать 5D-информацию с помощью одного снимка. Инновационный SV-CUP объединяет времяпролетный CUP (ToF-CUP) и гиперспектральный CUP (HCUP): ToF-CUP извлекает пространственную 3D-информацию, а HCUP записывает пространственно-временную-спектральную 4D-информацию. Полный набор 5D-информации наконец извлекается путем связывания ToF-CUP и HCUP в соответствии с их отношениями с отметками времени.

Имея пространственное разрешение 0,39, 0,35 и 3 мм по направлениям x, y и z , система может надежно запечатлеть различные трехмерные объекты, что было продемонстрировано экспериментально на примере трехмерного манекена с покрытием из квантовых точек. Поле зрения составляет 8,8мм х 6,3мм х 15мм, и его можно удобно отрегулировать, заменив линзу тубуса в зависимости от сцены. Временной интервал кадров 2 пс и спектральный интервал кадров 1,72 нм способствуют впечатляющей производительности, которая приводит к формированию 5D-изображений с гиперспектральным и объемным разрешением.

SV-CUP сочетает в себе вычислительную визуализацию, сжатое зондирование и обработку изображений, обеспечивая новую схему для улучшенной размерности сверхбыстрого оптического изображения. По словам ученых, SV-CUP может открыть новые горизонты для исследования сверхбыстрых явлений в физике и биохимии.

Читайте также

Цифровые двойники помогут наделить вагон-термос беспрецедентными свойствами

Цифровые двойники помогут наделить вагон-термос беспрецедентными свойствами

В МАИ научили дроны видеть препятствия и думать самостоятельно

В МАИ научили дроны видеть препятствия и думать самостоятельно

В России создают автономных роботов для огнеупорного производства

В России создают автономных роботов для огнеупорного производства

В Японии возник острый дефицит углекислого газа

В Японии возник острый дефицит углекислого газа

«Умный» столик для разварки кристаллов спасет электронику от брака

«Умный» столик для разварки кристаллов спасет электронику от брака

Ученые виртуально развернули и прочли свитки папируса, обугленные при извержении Везувия

Ученые виртуально развернули и прочли свитки папируса, обугленные при извержении Везувия

Российский 3D-принтер печатает керамические узлы для авиадвигателей, выдерживающие 1500 °C

Российский 3D-принтер печатает керамические узлы для авиадвигателей, выдерживающие 1500 °C

Алгоритм МГУ выявляет скрытые ошибки в данных для обучения ИИ

Алгоритм МГУ выявляет скрытые ошибки в данных для обучения ИИ

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

Радиационный жилет AstroRad для астронавтов оказался эффективнее ожиданий во время солнечных бурь

Радиационный жилет AstroRad для астронавтов оказался эффективнее ожиданий во время солнечных бурь

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

NASA предложило собирать гигантские космические радары с помощью роботов

NASA предложило собирать гигантские космические радары с помощью роботов

Лучшие фотографии полного солнечного затмения 2026 года со всего мира

Лучшие фотографии полного солнечного затмения 2026 года со всего мира