I ricercatori dell’Istituto Federale Svizzero di Tecnologia di Losanna (EPLF) utilizzando una fotocamera ultra slow motion che registra 24.000 fotogrammi il secondo, sono stati in grado di catturare un impulso di luce mentre rimbalzava tra una serie di specchi allineati.
Edoardo Charbon, capo del laboratorio di architettura quantistica avanzata dell’EPFL School of Engineering, ha detto che la fotocamera MegaX utilizzata nel video è il frutto di circa 15 anni di ricerca sui diodi da valanga a fotone singolo (SPAD).
La luce non è visibile durante il volo, ma i fotoni rilasciano particelle nell’aria, questi utilizzando l’hardware e il software giusti, possono essere catturati come mostrato nel video. La luce è stata registrata utilizzando MegaX, una fotocamera in grado di produrre rappresentazioni 3D e “eseguire una segmentazione approfondita di tali rappresentazioni” (vedi video).
La fotocamera oltre a una velocità dell’otturatore molto elevata, fino a 3,8 nanosecondi, ha una gamma dinamica molto ampia. La dimensione dei pixel offerta dalla fotocamera MegaX inoltre è circa 10 volte maggiore della dimensione dei pixel di una fotocamera digitale standard a 9 µm, sebbene il team stia lavorando per ridurre questa dimensione fino a 2,2 µm (il micrometro – simbolo μm – è un’unità di misura della lunghezza del Sistema Internazionale ed è per definizione un sottomultiplo del metro).
Edoardo Charbon ha spiegato che la fotocamera funziona convertendo i fotoni in segnali elettrici, ha fatto notare che questa fotocamera è in grado di misurare quanto tempo impiega un fotone per colpire il suo sensore, dandogli informazioni sulla distanza; questa funzione è comunemente nota come tempo di volo. La fotocamera MegaX combinando le tipiche tre dimensioni con il tempo di volo, va oltre le capacità di una fotocamera media diventando una specie di fotocamera 4D.
Il nuovo studio pubblicato il 18 luglio 2020 nella rivista Arxiv, basandosi su una ricerca passata, descrive in dettaglio la prima volta che gli scienziati hanno catturato immagini 4D della luce in volo utilizzando la tecnologia della fotocamera SPAD megapixel con controllo temporale. Ciò è in contrasto con l’acquisizione 3D della luce in volo, ottenuta utilizzando diverse varietà di hardware della fotocamera.
Lo studio spiega che per catturare l’impulso di luce rimbalzante, una tecnica di apprendimento automatico ha preso il posto di altre funzioni come la sottrazione e l’interpolazione del rumore scuro. Il processo prevedeva l’utilizzo di dati sul tempo di volo e sulla traiettoria combinati con algoritmi di apprendimento automatico per tracciare il percorso 3D della luce.
Edoardo Charbon recentemente ha spiegato a Digital Trends che questo nuovo studio descrive in dettaglio l’uso dell’apprendimento automatico e dei dati 4D per ricostruire la posizione degli impulsi luminosi. La tecnologia potrebbe alla fine essere utilizzata in molti campi, dalla visione robotica alla fisica e ai sistemi di realtà virtuale. Ha evidenziato che tutti i processi coinvolti nell’acquisizione dell’impulso di luce rimbalzante sono stati eseguiti sulla fotocamera MegaX.