德州儀器DLP技術助力研發(fā)全球拍攝速度最快的2D相機

　　摘要：美國圣路易斯華盛頓大學生物醫(yī)學工程系Gene K. BEARE特聘教授汪立宏(Lihong Wang)博士所領導的一個生物醫(yī)學工程師小組在不久前宣布開發(fā)出了全球拍攝速度最快的2D相機。這項突破性的技術可能會永遠改變我們研究天文學、物理學以及運用生物醫(yī)學成像技術的方式。而關于這款2D相機的研發(fā)，德州儀器(TI)的DLP®技術在其中扮演了關鍵性的角色。

　　在我們的日常生活中，大多數(shù)人可能不會對幾秒鐘的時間特別在意。但是，美國圣路易斯華盛頓大學生物醫(yī)學工程系Gene K. BEARE特聘教授汪立宏(Lihong Wang)博士卻格外珍惜他在生活與工作中的每一秒中，而正是因為這樣的精神，他也讓一秒鐘的意義得到了升華。

　　汪博士和他的同事們成功的創(chuàng)造出了壓縮超高速攝影(CUP)相機，這是目前全球拍攝速度最快的2D相機，其每秒能夠拍攝高達1,000億幀畫面，而典型的傻瓜相機每秒僅能拍攝2至15幀畫面。

　　汪博士在相機領域破紀錄的成果可能會永遠改變我們研究天文學、物理學以及運用生物醫(yī)學成像技術的方式。

　　這種相機與其它超高速相機有什么區(qū)別呢?在CUP相機發(fā)明之前，如果汪博士想看一個激光脈沖的慢動作，他必須得連續(xù)的拍攝多個激光脈沖，再把拍攝的結果拼合在一起，從而生成最終的圖像。有了CUP相機，他僅僅需要一個單一的激光脈沖便可得到完全相同的圖像。最終結果是，CUP相機在極其高速的情況下所捕捉到的畫面可以被制作成迷你電影。

　　這項創(chuàng)新具有重大意義，因為研究人員現(xiàn)在能夠以前見所未見的清晰度和分辨率實時拍攝無法重復的精彩瞬間，例如以每秒1,000億幀的速度記錄超新星在太空中爆炸的畫面。

　　“我希望CUP的廣泛應用能夠加速人類了解宇宙的步伐。”汪博士說道。

　　他還表示，這類應用的范圍遠遠超出了天文學領域?，F(xiàn)在，科學家能以全新的方式研究基本物理現(xiàn)象，例如當用光線照射鏡子時，鏡子所反射的光速。捕捉光線傳導慢動作的這種能力對于了解光的物理性狀并對其進行利用而言至關重要。

　　“CUP的應用領域可以涉及到可視化光學通信、具有光學活性的光與物質(zhì)相互作用以及量子力學現(xiàn)象。”達特茅斯大學塞耶工程學院的Brian W. Pogue教授說道，“例如，CUP有希望能夠改進對于光學隱形的調(diào)查研究，即光在物體周圍發(fā)生彎曲或形變，而不是直接穿過物體。這個在電影《星際迷航》中很風靡的研究領域是真實存在的。雖然目前在隱形設計方面已經(jīng)取得了很多基本性的進展，但是無法看到光與隱形物體間相互作用的這一弊端卻阻礙了該技術的發(fā)展。”

　　至于總是不斷移動的活細胞，現(xiàn)在也可以通過極高的拍攝速度對其進行觀察，這使生物醫(yī)學工程師能夠精確清晰的發(fā)現(xiàn)細胞突變，而由于拍攝圖像模糊不清所帶來的困擾也正是目前生物醫(yī)學成像領域存在的一個常見問題。

　　“這些拍攝速度極快的相機有可能顯著加強我們對于生物相互作用和化學過程的了解，從而使我們能為復雜的動態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)建出更形象的模型。” 美國國立衛(wèi)生研究院下屬的國家生物醫(yī)學成像與生物工程研究所光學成像項目總監(jiān)Richard Conroy表示。

　　對于研發(fā)全球拍攝速度最快的2D相機，TI DLP®技術在其中扮演了關鍵性的角色。CUP采用了TI DLP Lightcrafter™評估模塊(EVM)，該模塊可將數(shù)字微鏡器件(DMD)用作空間編碼單元。簡而言之，高速DMD是解鎖和檢索圖像時間信息的關鍵器件，而這些圖像都是以每秒1,000億幀的速度所拍攝的。 “工程師憑借TI DLP芯片所實現(xiàn)的無數(shù)創(chuàng)新給我留下了深刻的印象。通過拓展TI解決方案的應用范圍以及增強其易用性，我們也在全力以赴地幫助學生和專業(yè)人士。”TI DLP高級照明控制產(chǎn)品部門的應用工程經(jīng)理Eric Droge表示。

　　汪博士團隊的一名研究助理Jinyang Liang說，他們之所以選擇DLP技術是因為該技術具有可靠性、靈活性和易用性。他還是表示，事實上DLP Lightcrafter EVM太容易使用了，以至于他幾乎不需要尋求任何幫助。

　　“不過，當我有問題、疑惑或意見時，我可以隨時登陸TI的E2E社區(qū)，在那里我可以將所有的問題都一一羅列，而他們總能給我準確又快速的答復。通過提供這些DLP工具以及來自E2E社區(qū)的專業(yè)技術知識，TI確確實實對其產(chǎn)品提供了全方位的支持。”Jinyang說道。

　　在華盛頓大學研究小組首次宣布開始研發(fā)這種突破性相機的13個月后，《自然》雜志就在其12月4日發(fā)行的封面故事中特載了CUP相機的相關信息。

　　“雖然CUP的研發(fā)理念在剛出現(xiàn)的時侯顯得及其不合常規(guī)，甚至被視為完全瘋狂的舉動。但它卻產(chǎn)生了奇效，并且能夠把宇宙中速度最快的現(xiàn)象拍攝成令人驚奇的電影!”汪博士表示。

　　這種全球拍攝速度最快的2D相機接下來還會創(chuàng)造什么樣的奇跡呢?我們拭目以待……

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