2 миллиарда FPS в гараже: Ютубер AlphaPhoenix собрал камеру, которая видит, как "ползет" свет.

Ютубер Брайан Хайдет, известный как AlphaPhoenix, собрал в своём гараже камеру, которая снимает с частотой 2 миллиарда кадров в секунду. Такой темп позволяет буквально увидеть движение света в воздухе. 17 октября он опубликовал видео с результатами, где световые лучи идут как в замедленной съёмке. На экране становится заметно то, что раньше оставалось теорией, скорость света примерно один фут за наносекунду, то есть около 30 сантиметров.

Установка работает так. Мощный лазер проходит через гараж, отражается от зеркала, многократно бегает между параллельными зеркалами и попадает на стену. В воздух добавляют туман, его микрочастицы рассеивают луч, и камера видит световой след.

На такой скорости луч превращается в завораживающее зрелище, которое кажется почти фантастикой. Положение камеры меняет восприятие. Если поставить её за лазером, уходящий луч будто ползёт, а отражённый возвращается почти мгновенно. Физика не нарушается. Свет, рассеянный на частицах, которые ближе к камере, достигает сенсора раньше, чем свет от частиц подальше. Если перенести камеру на другую сторону гаража, эффект переворачивается, дальний участок выглядит мгновенным, ближний появляется с задержкой.

Хайдет ранее собирал систему на 1 миллиард кадров в секунду в 2024 году. Чтобы выйти на новую планку, ему пришлось перестроить всё с нуля. Он поставил более точные моторы, усилил оптику для резкости и переписал программную часть, чтобы обрабатывать огромные объёмы данных в реальном времени. Это и дало возможность снимать движение света так, как раньше удавалось только на дорогостоящих научных установках.

Полноценный кадр при 2 миллиардах кадров в секунду обычными методами не получить. Автор пошёл по другому пути. Небольшое зеркало на карданном подвесе посрочно «метёт» лазер по одной сверхчувствительной матрице. Каждый проход даёт один пиксель, затем эти точки складываются в изображение. Метод неторопливый, но очень точный, по сути это имитация многомиллионной камеры, где тысячи сенсоров работают синхронно. Для стабильности он заменил любительские сервоприводы на узлы с высокоточными энкодерами и ремённой передачей, что позволило управлять положением зеркала с долями градуса.

Электроника здесь не менее важна. Фотонный умножитель преобразует кванты света в электрический сигнал. Дальше он идёт по коаксиальному кабелю на осциллограф, который дискретизирует данные с частотой 2 миллиарда отсчётов в секунду. Чтобы снизить шум, Хайдет придумал подать по одному кабелю и сигнал с фотонного умножителя, и синхроимпульс, время прихода разведено так, что приборы читают их раздельно. В итоге оптика, электроника и софт работают как единая система, создавая убедительную иллюзию «полных» кадров на рекордной скорости.