Un billion d’images par seconde

Image provenant de http://web.mit.edu/

L’étudiant postdoc Andreas Velten (à gauche) et le professeur Ramesh Raskar avec le système expérimental utilisé pour produire une vidéo au ralenti de la lumière se dispersant dans une bouteille de plastique.

Un billion d’images à la seconde, c’est un million de millions d’images… à la seconde. C’est tellement rapide, qu’une caméra vidéo avec cette caractéristique peut filmer au ralenti l’éclat de la lumière se déplaçant dans une bouteille en plastique d’un litre, frappant le fond de la bouteille et revenant vers le goulot. Les chercheurs dirigés par le professeur Ramesh Raskar du MIT Media Lab aux États-Unis ont créé ce système d’imagerie vidéo le plus rapide au monde!

Une caméra à balayage de fente (streak camera) a été développée pour une application spécialisée dans le domaine de la chimie. L’ouverture de cette caméra est sous forme d’une étroite bande. Les particules de lumières, les photons,  entrent dans la caméra par la fente et passent devant un champ électrique qui va les dévier dans une direction perpendiculaire à la fente. Le champ électrique changeant rapidement, les derniers photons entrés sont plus déviés que les premiers.

Image provenant de http://www.cnrs-imn.fr/

Deux photons arrivant sur la caméra à balayage de fente avec un délai temporel Δt créent deux électrons avec le même délai. Les deux électrons sont soumis à un champ électrique différent. Ils vont donc être déviés sur des distances différentes. Connaissant le champ électrique, on peut donc déduire le délai temporel entre les 2 photons incidents. (Adapté de Hamamatsu Corp. par l'institut des matériaux de Nantes).

La caméra produit une image à 2 dimensions : la première correspondant à la direction de la fente est une dimension spatiale. La seconde, correspondant au degré de déviation, est le temps. L’image produite représentent donc le temps d’arrivée des photons passant à travers une tranche de l’espace à une dimension.

Image provenant de http://graphics8.nytimes.com/

Image du déplacement de la lumière pendant une nanoseconde, au contact d'un fruit et d'un objet

Pour pouvoir recréer la seconde dimension requise à la représentation vidéo, l’équipe de chercheurs a dû répéter de multiples fois la même prise vidéo en déplaçant graduellement la caméra à balayage pour arriver à bâtir cette seconde dimension spatiale, tout en synchronisant la caméra et le laser émettant l’onde lumineuse. La lumière a besoin d’une nanoseconde (un billion de seconde) pour se déplacer dans la bouteille en plastique, mais l’équipe a eu besoin d’une heure pour prendre l’ensemble des données nécessaires à la production de la vidéo. Pour le professeur Raskar, cette caméra à balayage de fente est «la plus lente des caméras les plus rapides au monde!»

Références

MIT News                   NY Times

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