ARCONS - nadprzewodząca kamera, która widzi świat w kolorze
Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego opracowali kamerę, której sensor rejestruje świat w kolorze dostarczając informacji o dokładnej wartości energii każdego padającego fotonu. Jej nowatorska konstrukcja jest wykorzystywana na razie głównie do obserwacji astronomicznych
Jak wiadomo, współczesne matryce światłoczułe rejestrują de facto obraz czarno-biały. Fotony, padając na sensor, wybijają z jego powierzchni elektrony, których ruch powoduje powstanie prądu elektrycznego. Tym samym uzyskujemy informację dotyczącą natężenia padającego światła. Dopiero napylenie na detektor cienkich warstw materiału przepuszczającego światło o trzech różnych długościach fali (filtry kolorystyczne), oraz interpolację odpowiednich danych pozwala na uzyskanie obrazu w kolorze.
W kamerze ARCONS (Array Camera for Optical to Near IR Spectrophotometry) zastosowano inne podejście, bowiem rejestruje ona informacje dotyczące energii czyli tym samym długości fali padającego pojedynczego fotonu.
Źródło: Spencer Buttig; spectrum.ieee.org |
Podstawę ARCONS-a stanowi warstwa azotku tytanu (TiN) o grubości 60-nanometrów, naniesiona na podstawę z krzemu. W zależności od stosunku zawartości azotu do tytanu, staje się nadprzewodząca w temperaturze ok. 1 Kelvina. Owa warstwa jest wytrawiana tak, by uzyskać układ o rozmiarze 44x46 pikseli, przy czym każdy z nich jest wyposażony we własny rezonator mikrofalowy oraz mikrosoczewkę. W momencie gdy foton uderza w powierzchnię sensora, rozrywane są elektronowe pary Cooper'a, będące nośnikami prądu elektrycznego w nadprzewodniku. Ilość rozerwanych par jest wprost proporcjonalna do energii fotonu.
Urządzenie umożliwia odczyt danych z każdego piksela 2500 razy na sekundę i dokładną rejestrację wartości długości fali świetlnej z zakresu od 100 (ultrafiolet) do ponad 5000 nanometrów (podczerwień).
Dzięki unikalnej konstrukcji, sensor nie wymaga ani dzielenia wiązki światła, ani filtrów kolorowych. Dodatkowo, jak przekonują naukowcy, nie cierpi on z powodu szumów (prądu ciemnego i szumów przetwarzania).
Kamera ARCONS została przetestowana w praktyce, bowiem podłączono ją do 5-metrowego teleskopu na Mt. Palomar i 3-metrowego teleskopu w Obserwatorium Licka. Wykorzystano ją do obserwacji pulsara w Mgławicy Krab.
Poniższe zdjęcie pokazuje podwójny pierścień galaktyki Arp 147 wykonane za pomocą kosmicznego teleskopu Hubble' a (w lewym górnym rogu, tutaj większy rozmiar ) oraz ARCONS-a. Jak widać, rozdzielczość tego drugiego jest znacznie mniejsza. Należy jednak zauważyć, że wykonano je wykorzystując prototypowy sensor, zainstalowany w znajdującym się na ziemi teleskopie o 5-metrowej średnicy i 17-metrowej ogniskowej. Dla przypomnienia: analogiczne parametry poruszającego się na orbicie okołoziemskiej teleskopu Hubble'a wynoszą odpowiednio 2.4 i 57.6 metra.
Źródło: UCSB/NASA |
Komentarz można dodać po zalogowaniu.
Zaloguj się. Jeżeli nie posiadasz jeszcze konta zarejestruj się.
"w temperaturze ok. 1 Kelvina"
tak własnie myslałem czytając "nadprzewodzaca" w tytule...
To co? Upgrejdzik HST się szykuje? ;)
Ogniskowa 17m, średnica 5m... ciekawe ile filtry kosztują? To kiedy test?:)
"sensor rejestruje świat w kolorze dostarczając informacji o dokładnej wartości energii każdego padającego fotonu" - maslo maslane, nieprawdaz? Ale pozniej dokladnie wyjasnione. Matryca przelomowa. Ten 1K zapewne bardzo ciezko uzyskac. Ciekawe jak to zdjecie w zakresie widzialnym ma sie do zdjec uzyskanych obecnym klasycznym sprzetem (mysle o szumach i szybkosci przetwarzania). No i raczej nie ma uniwersalnego materialu do wykonania soczewek, ktory przepusci caly ten zakres widmowy, zatem chyba tylko bezposrednia projekcja z lustra teleskopu.
Obawiam się, że kolor to rejestruje przy strumieniu fotonów średnio jeden na piksel. Tak, że do fotografii się raczej nie nada.
baron13, to nie tak - tutaj każdy pojedyńczy piksel ponoć daje pełną informację o kolorze. No i to coś ma dużo szersze spektrum "barwy".
"Urządzenie umożliwia odczyt danych z każdego piksela 2500 razy na sekundę " - czyli zebranie informacji z 2.500 pikseli potrwa sekundę. Na razie to lipa, ale może kiedyś...
Nie wiem, czy każdy zdaje sobie sprawę, co to technicznie znaczy uzyskać ten 1K na samej matrycy. To jakiś kosmos, ale dają radę widać.
Ciekawy materiał. Więcej takich poproszę.
@ciekawus
"Urządzenie umożliwia odczyt danych z każdego piksela 2500 razy na sekundę " - czyli zebranie informacji z 2.500 pikseli potrwa sekundę.
Niezupełnie - odczyt z częstotliwością 2,5kHz, nieważne czy z jednego konkretnego pixela czy z całej matrycy
@ciekawus - wydaje mi się, że źle to interpretujesz. Ja to rozumiem, jako możliwość sczytywania matrycy 2500 raza na sekundę. Pomijając kamery profesjonalne - jak phantomy, epici i inne, to raczej cała reszta oscyluje w granicach 50/60 klatek. Niektóre kamery już wchodzą z większym klatkażem, ale są albo z ograniczoną rozdzielczością, albo/i trybami burst.
Oczywiście odczyt danych nie gwarantuje jeszcze, że procesor zdąży je skompresować i zapisać, ale przynajmniej jest taka możliwość.
Moje pięć groszy. Wydaje mi się, że konstruktorzy, mówiąc o rejestracji koloru rejestrując energię fotonów, mieli na myśli pomiar fali spektralnej ( przez samplowanie) . Jasne jest, że im krótsza fala (w kierunku UV, X-rays and so on ) tym większa energia. Tak że, ciekawus, masło maślane ale nieźle przemyślane.
Pomijając kwestie szumów i rozdzielczości, czas ekspozycji skróciłby się trzykrotnie (brak konieczności osobnej ekspozycji RGB i innych) w porównaniu z "tradycyjną" cyfrową astro-fotografią. Astronomowie zapewne już zacierają ręce, biorąc pod uwagę "obłożenie" największych teleskopów.
ciekawus - wcale nie masło maślane. Foveon też rejestruje świat w kolorze, a nie rejestruje dokładnej wartości długości fali fotonów.
Genialne. Nawet bym nie wpadł na to, że coś takiego w ogóle jest możliwe. Pogratulować umiejętności i pomysłowości.
Zanim się rozpędzicie w wywodach o kolorze i jego postrzeganiu warto odnieść się do teorii barwy i teorii widzenia :)
Świat fizyczny rozumiany jako zewnętrzny wobec obserwatora jest całkowicie pozbawiony koloru, światła rozumianego jako „jasność” również:
„świat fizyczny jest przeniknięty promieniowaniem, które nie świeci i nie ma koloru; świat fizyczny jest czarny i ciemny”
Ronchi Vasco, The nature of light, Heinemann Educational Books Ltd., Londyn 1970
(s. 282; tłumaczenie z angielskiego, wyrywkowo)
„Pojęcie barwy nie istnieje właściwie poza świadomością i narządami zmysłu wzroku człowieka względnie innego przedstawiciela świata zwierzęcego posiadającego odpowiednio zróżnicowany receptor wrażeń świetlnych. Na zewnątrz nas, niezależnie od naszych wrażeń i zmysłów, istnieje jedynie materia w jej różnych formach jakościowych i ilościowych, która oddziałuje na narządy zmysłu człowieka, wywołując u niego określone wrażenia.”
Zausznica Adam, Nauka o Barwie, PWN, Warszawa 2013, wydanie II, dodruk (©1959)
(s. 17)
Stąd najbliższy naszemu (tj. ludzkiemu) pojmowaniu barwy jest receptor, który opiera swoją budowę na działaniu naszego systemu wzrokowego (w ujęciu całościowym).
Wszelki odbiór widma promieniowania elektromagnetycznego ma charakter raczej ilościowy niż jakościowy – „kolor” powstaje w naszych głowach.
Żartobliwe acz całkowicie nienaukowe odniesienie do „Matrixa” jest tutaj nie od rzeczy ;)
Pozdrawiam wszystkich, mając nadzieję, że nikogo nie uraziłem swoimi „wymądrzeniami” :)
Zapomniałem dodać, że w astrofotografii często stosuje się różne techniki wizualizacyjne i służą one nie tyle do oddawania „fotograficznego” obrazu i takiego jaki widzi (mógłby zobaczyć) człowiek, ale po prostu do wizualnej interpretacji danych. Są to więc wizualizacje, a barwny świat przez nie ukazywany jest fikcyjny, wykreowany, choć i za razem uroczy :)
W obserwowaniu gołym okiem gwiazd to po pierwsze biorą udział tylko pręciki a nie czopki. W ten sposób człowiek nie jest w stanie - nawet przez duże teleskopy - dostrzec kolorów. Co innego aparat foto, którego matryca "widzi" kolor niezależnie od intensywności strumienia światła...
Technika dobrze znana w spektroskopii promieniowania wysokoenergetycznego, szacunek budzi rozdzielczość energetyczna i czasowa przy takich warunkach. Ciekawe jak jest z wielkością wzmacniaczy, analizatorów i czy występuje zjawisko "zapychania" kanałów.
Ufff 1 Kelvin, to nawet ciekly hel trzeba pompowac, ja w w labie w pracy moge zejsc tylko do okolo 2 Kelvinow, nie porobie zdjec z tym sensorem :(
@hijax.pl Mylisz się, kolory najjaśniejszych gwiazd możesz rozróżnić gołym okiem.
Ze źródła "The ensemble is enclosed in a lens-topped Dewar jar cooled to 0.1 K." Nieźle.