การศึกษาปรากฏการณ์หรือเหตุการณ์บางอย่าง เช่น การตกของหยดน้ำ 1 หยด จำเป็นต้องบันทึกเป็นภาพถ่ายต่อเนื่องด้วยความเร็วสูง เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบสิ่งที่เกิดขึ้นกับทฤษฎีได้ แต่ตัวอุปกรณ์นั้นกลับมีราคาแพงถึงหลัก 30 ล้านบาท ทำให้นักวิจัยจากแคนาดาพัฒนากล้องความเร็วสูงแบบใหม่ที่มีต้นทุนต่ำ แต่ทำความเร็วสูงถึง 4.8 ล้านรูปต่อวินาที

กล้องถ่ายภาพความเร็วสูงแบบใหม่จากแคนาดา

กล้องถ่ายภาพความเร็วสูงดังกล่าวมีชื่อเรียกว่าดรัม (DRUM: Diffraction-gated Real-time Ultrahigh-speed Mapping) ซึ่งเป็นกล้องความเร็วสูงเทคโนโลยีใหม่ที่ทำให้ต้นทุนการผลิตลดลง แต่ยังคงมีประสิทธิภาพในการถ่ายภาพระดับหลักล้านรูปต่อวินาทีได้ตามเดิม ซึ่งเป็นการลดจุดอ่อนเรื่องราคาของกล้องถ่ายภาพความเร็วสูงในตลาดปัจจุบัน

กล้องถ่ายภาพความเร็วสูงแบบเดิมจะมีประตูกั้นแสงที่เปิดและปิดอย่างรวดเร็วเพื่อรับแสงและส่งไปยังตัวรับภาพ (Sensor) ประมวลผลเป็นภาพถ่ายความเร็วสูงต่อไป ซึ่งทำให้ภาระไปตกกับการประมวลผลที่ต้องแยกภาพถ่ายเป็นหลายล้านรูปในเวลาสั้น ๆ จากแสงที่เข้ามาพร้อมกัน

แต่วิธีใหม่ที่นักวิจัยจากสถาบัน INRS (Institut National De La Recherche Scientifique) ทำขึ้นมา โดยพื้นฐานแล้วคือการใส่อุปกรณ์ที่เรียกว่า DMD (Digital Micromirror Device) ซึ่งทำให้แสงเกิดการทำมุมและหักเหก่อนมาถึงตัวรับภาพ ส่งผลให้ภาพไม่ได้มาพร้อมกัน แต่จะมีภาพอีกส่วนมาทีหลังจากการหักเหแทน แต่กระบวนการนี้ไม่ได้ทำให้ภาพเกิดการซ้อนทับ การเบลอ หรือปรากฏการณ์อื่นใดที่ทำให้ภาพที่ได้รับไม่คมชัด ด้วยเหตุนี้ ตัวรับภาพจึงไม่จำเป็นต้องทำงานหนักเพื่อประมวลผลภาพพร้อม ๆ กัน แต่มีช่วงเว้นวรรคก่อนประมวลผลภาพชุดถัดไป ซึ่งลดความร้อนที่ส่งผลต่อความเสถียรของกล้อง รวมถึงลดต้นทุนการผลิตตัวรับภาพกำลังสูงตามไปด้วย

ประโยชน์ของกล้องถ่ายภาพความเร็วสูงแบบใหม่

ในการสาธิตการทำงานของกล้องดรัม นักวิจัยได้ทำการจับภาพแสงเซอร์กระทบกับของเหลวในระดับเฟมโตวินาที (femtosecond) หรือเป็นเพียงหนึ่งในร้อยล้านล้านส่วนของเวลาที่มนุษย์กะพริบตาได้สำเร็จ แต่ว่านักวิจัยจะต่อยอดกล้องดรัมสามารถถ่ายภาพความเร็วสูงกว่า 4.8 ล้านรูปต่อวินาที ในอนาคตต่อไป พร้อมคาดหวังว่ากล้องดรัมจะเป็นประโยชน์ต่อการวัดระยะความลึกของภาพซึ่งสอดคล้องกับเทคโนโลยีไลดาร์ (LiDAR) ที่วัดระยะจากภาพ รวมถึงการศึกษากระบวนการทางชีววิทยาหรือแม้แต่การถ่ายภาพเพื่อประกอบการผ่าตัดขนาดจิ๋ว (nano-surgery) ด้วย

นอกจากนี้ กล้องดรัมจะทำให้มีการศึกษาวิจัยหัวข้อต่าง ๆ ซึ่งพึ่งพากล้องถ่ายภาพความเร็วสูงมากขึ้น จากต้นทุนที่ถูกลง อย่างไรก็ตาม แม้ว่านักวิจัยจะเคลมว่ากล้องดรัมมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำลง แต่ยังคงเป็นการประเมินระดับงานวิจัย และไม่ได้บอกว่าจะถูกลงกว่ากล้องถ่ายภาพความเร็วสูงแบบเดิมที่มีราคาเริ่มต้นประมาณ 100,000 ดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 36 ล้านบาท เป็นจำนวนเท่าไหร่

โดยงานวิจัยจากสถาบัน INRS ในแคนดาได้ตีพิมพ์ลงในวารสารวิชาการออปติกา (Optica) หนึ่งในวารสารวิชาการชื่อดังด้านทัศนศาสตร์ (Optics) ที่เป็นสาขาวิชาที่ศึกษาปรากฏการณ์ของแสงในวิชาฟิสิกส์เมื่อ 14 กันยายนที่ผ่านมา

ที่มาข้อมูล Interesting Engineering

ที่มารูปภาพ EurekAlert