Camera bắt được chuyển động của hạt ánh sáng

Các nhà nghiên cứu chế tạo camera cảm biến có thể bắt được chuyển động của các hạt ánh sáng ở tốc độ và độ phân giải chưa từng có.

Camera được phát triển bởi Phòng thí nghiệm Kiến trúc Lượng tử Tiên tiến (AQUALab) tại Viện Công nghệ Liên bang Lausanne (EPFL) của Thụy Sĩ, dựa trên công nghệ cảm biến hình ảnh thế hệ mới sử dụng điốt quang điện tử đơn (SPAD). Đây là thiết bị đầu tiên có khả năng chụp ảnh các hạt photon riêng lẻ ở độ phân giải megapixel.

Công nghệ cảm biến mới cho phép chụp ảnh các phân tử nhỏ nhất của ánh sáng. (Ảnh: OSA).

Công nghệ hứa hẹn thúc đẩy các ứng dụng yêu cầu thu nhận nhanh hình ảnh 3D như kính thực tế ảo hay hệ thống LiDAR cho xe tự hành - phương pháp đo khoảng cách đến một đối tượng bằng cách chiếu chùm tia lazer vào mục tiêu và đo các xung phản xạ ánh sáng bằng cảm biến.

"Nhờ độ phân giải cao và khả năng đo độ sâu, camera mới có thể khiến công nghệ thực tế ảo trở nên thực tế hơn và cho phép chúng ta tương tác với thông tin một cách liền mạch hơn", trưởng nhóm nghiên cứu Edoardo Charbon, người đứng đầu AQUALab cho biết. "Đối với các ứng dụng vận chuyển, camera có thể giúp phương tiện đạt được khả năng tự hành và tính ổn định chưa từng có, bằng cách sử dụng cùng lúc nhiều hệ thống LiDAR năng lượng thấp trên xe, cung cấp chế độ xem nhanh hình ảnh 3D về môi trường xung quanh ở độ phân giải cao".

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một trong những pixel (điểm ảnh) SPAD nhỏ nhất và giảm mức tiêu thụ năng lượng của mỗi pixel xuống chỉ còn dưới 1 microwatt, trong khi vẫn duy trì tốc độ và sự chính xác về thời gian.

Camera mới có thể chụp ảnh với tốc độ lên tới 24.000 khung hình trên giây, gấp 800 lần tốc độ tiêu chuẩn của camera truyền hình. Tốc độ này cho phép đo chính xác thời gian một photon chạm vào cảm biến, giúp tính toán các hạt ánh sáng riêng lẻ mất bao lâu để di chuyển từ nguồn phát laser tới máy ảnh. Sự kết hợp giữa thông tin thời gian bay với khả năng chụp một triệu điểm ảnh cho phép camera tái tạo hình ảnh 3D với tốc độ cực cao.

Trong giai đoạn tiếp theo, Charbon cùng các cộng sự muốn cải thiện hơn nữa hiệu suất và độ phân giải của máy ảnh, đồng thời tìm cách thu nhỏ tối đa các bộ phận của thiết bị để làm nó thực tế hơn cho nhiều ứng dụng. Chi tiết nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Optica của Hiệp hội quang học Mỹ (OSA).