MegaX: la fotocamera che cattura un raggio di luce a 24 mila fps

MegaX: la fotocamera che cattura un raggio di luce a 24 mila fps

di Mattia Speroni, pubblicata il

“La fotocamera MegaX ha prestazioni da primato quando si tratta di velocità nella cattura delle immagini (24 mila fps) ma anche per la sua risoluzione di ben 1 MPixel (quando in precedenza si arrivava a 0,3 MPixel)! Ecco il video durante l'utilizzo.”

Ci sono voluti 15 anni di ricerca nel campo dei diodi fotorivelatori a singolo fotone (SPAD) per riuscire a realizzare la fotocamera MegaX. Non si tratta ancora di un prodotto commerciale, ma le sue prestazioni sono decisamente stupefacenti e in grado di catturare ben 24 mila fps!

Prestazioni di questo tipo non sono certo dedicate a scopi consumer quanto piuttosto alla ricerca e sviluppo. Il merito della realizzazione della fotocamera MegaX è dell'EPLF (istituto svizzero di tecnologia di Losanna) in associazione con Canon.

La super-fotocamera per vedere i singoli fotoni muoversi

La risoluzione sembra bassa, si parla di 1 MPixel, ma si tratta di un passo avanti rispetto alle precedenti soluzioni simili riuscendo a ottenere immagini uniche. Perché? MegaX riesce a catturare il movimento di un singolo fotone tracciandone il percorso.

megax camera

Percorso del fotone estrapolato dal video in apertura

Secondo i ricercato, questa nuova fotocamera ha anche un intervallo dinamico molto ampio (realizzando immagini simili a quelle ottenibili con l'HDR), può catturare immagini tridimensionali realizzando anche una segmentazione della scena. Il tutto, contemporaneamente.

Edoardo Charbon (professore dell'EPFL) ha spiegato anche il funzionamento di MegaX "cattura singoli fotoni e li converte in segnali elettrici che sono memorizzati in un sistema di memoria digitale richiedendo un solo nanosecondo". Ma non è finita qui! la fotocamera infatti può capire quando un fotone interagisce con un sensore, misurare il tempo tra l'emissione e la fotocamera e calcolarne la distanza.

Esempio dell'intervallo dinamico ottenibile con la fotocamera MegaX in condizioni di luminosità complicata (prima fotografia catturata con una tradizionale fotocamera, la seconda con MegaX).

Altre caratteristiche tecniche riportano una velocità dell'otturatore che tocca i 3,8 nanosecondi mentre i pixel del sensore hanno una dimensione di 9 µm (in futuro potrebbe però arrivare a 2,2 µm per ridurne i costi di produzione). Uno sviluppo ulteriore della tecnologia potrebbe un giorno portare ad avere soluzioni per la realtà virtuale ancora più performanti di quelle attualmente sul mercato grazie a un miglior riconoscimento dell'ambiente circostante.

Il video allegato allo studio (che è disponibile on-line anche sulle riviste specialistiche) è decisamente impressionante, anche come pura curiosità. Si può effettivamente il percorso del singolo fotone in un percorso creato con gli specchi, il tutto in una manciata di nanosecondi.


Commenti (6)

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Commento # 1 di: Svelgen pubblicato il 03 Agosto 2020, 12:06
Spettacolare...
Commento # 2 di: ferro75 pubblicato il 03 Agosto 2020, 15:59
Non mi è chiaro come faccia a catturare l'immagine di un singolo fotone, in quanto per rilevarlo è necessario che il fotone finisca sul sensore della macchina e a quel punto ha finito di muoversi...
Forse volevate dire che può catturare l'immagine di un treno di fotoni di cui alcuni deviati mediante le solite tecniche usate per visualizzare i raggi laser (fumo)...

Comunque sia complimenti agli svizzeri e a Canon
Commento # 3 di: GiGBiG pubblicato il 03 Agosto 2020, 19:49
Quello che non comprendo di questa tecnologia è come faccia a rilevare il movimento dei fotoni sapendo che i fotoni stessi stanno arrivando al sensore e non stanno andando nella direzione che mostra il video: i fotoni che rileva il sensore non sono per forza di cose gli stessi che vediamo muoversi nel percorso descritto dalla linea luminosa.
Tempo fa avevo visto un video che mostrava un'onda luminosa che si propagava all'interno di una scatola contenente della frutta, e anche lì stesso problema: se vediamo i fotoni che si propagano, cos'è che ce li fa vedere? Altri fotoni? Sarebbe possibile se ci fossero dei fotoni che si riflettono sulla frutta, ma solo dopo che sono arrivati quelli che in realtà vediamo dirigersi verso la frutta! Sembra un paradosso... oppure è meccanica quantistica, i fotoni sono in più posti contemporaneamente.
Commento # 4 di: finalX pubblicato il 03 Agosto 2020, 20:25
Non riesco a smettere di guardarlo... cmq penso che se il laser si propaga nel vuoto non e' possibile vederlo perche' non arrivano fotoni al sensore, invece in atmosfera c'e' sempre qualche fotone ad indicare la traiettoria del raggio e di conseguenza megax non ha bisogno del fumo per vedere il laser propagarsi.
Commento # 5 di: Qarboz pubblicato il 03 Agosto 2020, 22:23
Originariamente inviato da: finalX
Non riesco a smettere di guardarlo...


Non sei l'unico...
Commento # 6 di: ferro75 pubblicato il 03 Agosto 2020, 23:03
Ah nell'abstract di arxiv si può leggere:
" A machine learning technique is applied to analyze the measured spatio-temporal data set. A theoretical formula is introduced to perform least-square regression, and extra-dimensional information is recovered without prior knowledge. The algorithm relies on the mathematical formulation equivalent to the superluminal motion in astrophysics, which is scaled by a factor of a quadrillionth. The reconstructed light-in-flight trajectory shows a good agreement with the actual geometry of the light path."
Quindi quello che si vede nel video non è "reale" ma una ricostruzione verosimile.