德州儀器DLP技術(shù)助力研發(fā)全球拍攝速度最快的2D相機(jī)

　　摘要：美國圣路易斯華盛頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系Gene K. BEARE特聘教授汪立宏(Lihong Wang)博士所領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)生物醫(yī)學(xué)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(jī)。這項(xiàng)突破性的技術(shù)可能會(huì)永遠(yuǎn)改變我們研究天文學(xué)、物理學(xué)以及運(yùn)用生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的方式。而關(guān)于這款2D相機(jī)的研發(fā)，德州儀器(TI)的DLP®技術(shù)在其中扮演了關(guān)鍵性的角色。

　　在我們的日常生活中，大多數(shù)人可能不會(huì)對(duì)幾秒鐘的時(shí)間特別在意。但是，美國圣路易斯華盛頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)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?yàn)檫@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(jī)，這是目前全球拍攝速度最快的2D相機(jī)，其每秒能夠拍攝高達(dá)1,000億幀畫面，而典型的傻瓜相機(jī)每秒僅能拍攝2至15幀畫面。

　　汪博士在相機(jī)領(lǐng)域破紀(jì)錄的成果可能會(huì)永遠(yuǎn)改變我們研究天文學(xué)、物理學(xué)以及運(yùn)用生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的方式。

　　這種相機(jī)與其它超高速相機(jī)有什么區(qū)別呢?在CUP相機(jī)發(fā)明之前，如果汪博士想看一個(gè)激光脈沖的慢動(dòng)作，他必須得連續(xù)的拍攝多個(gè)激光脈沖，再把拍攝的結(jié)果拼合在一起，從而生成最終的圖像。有了CUP相機(jī)，他僅僅需要一個(gè)單一的激光脈沖便可得到完全相同的圖像。最終結(jié)果是，CUP相機(jī)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(xiàng)創(chuàng)新具有重大意義，因?yàn)檠芯咳藛T現(xiàn)在能夠以前見所未見的清晰度和分辨率實(shí)時(shí)拍攝無法重復(fù)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(yīng)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(yīng)用的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了天文學(xué)領(lǐng)域?，F(xiàn)在，科學(xué)家能以全新的方式研究基本物理現(xiàn)象，例如當(dāng)用光線照射鏡子時(shí)，鏡子所反射的光速。捕捉光線傳導(dǎo)慢動(dòng)作的這種能力對(duì)于了解光的物理性狀并對(duì)其進(jìn)行利用而言至關(guān)重要。

　　“CUP的應(yīng)用領(lǐng)域可以涉及到可視化光學(xué)通信、具有光學(xué)活性的光與物質(zhì)相互作用以及量子力學(xué)現(xiàn)象。”達(dá)特茅斯大學(xué)塞耶工程學(xué)院的Brian W. Pogue教授說道，“例如，CUP有希望能夠改進(jìn)對(duì)于光學(xué)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(gè)在電影《星際迷航》中很風(fēng)靡的研究領(lǐng)域是真實(shí)存在的。雖然目前在隱形設(shè)計(jì)方面已經(jīng)取得了很多基本性的進(jìn)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(shù)的發(fā)展。”

　　至于總是不斷移動(dòng)的活細(xì)胞，現(xiàn)在也可以通過極高的拍攝速度對(duì)其進(jìn)行觀察，這使生物醫(yī)學(xué)工程師能夠精確清晰的發(fā)現(xiàn)細(xì)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(xué)成像領(lǐng)域存在的一個(gè)常見問題。

　　“這些拍攝速度極快的相機(jī)有可能顯著加強(qiáng)我們對(duì)于生物相互作用和化學(xué)過程的了解，從而使我們能為復(fù)雜的動(dòng)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(xué)成像與生物工程研究所光學(xué)成像項(xiàng)目總監(jiān)Richard Conroy表示。

　　對(duì)于研發(fā)全球拍攝速度最快的2D相機(jī)，TI DLP®技術(shù)在其中扮演了關(guān)鍵性的角色。CUP采用了TI DLP Lightcrafter™評(píng)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(jiǎn)而言之，高速DMD是解鎖和檢索圖像時(shí)間信息的關(guān)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(shí)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(yīng)用范圍以及增強(qiáng)其易用性，我們也在全力以赴地幫助學(xué)生和專業(yè)人士。”TI DLP高級(jí)照明控制產(chǎn)品部門的應(yīng)用工程經(jīng)理Eric Droge表示。

　　汪博士團(tuán)隊(duì)的一名研究助理Jinyang Liang說，他們之所以選擇DLP技術(shù)是因?yàn)樵摷夹g(shù)具有可靠性、靈活性和易用性。他還是表示，事實(shí)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(dāng)我有問題、疑惑或意見時(shí)，我可以隨時(shí)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(zhǔn)確又快速的答復(fù)。通過提供這些DLP工具以及來自E2E社區(qū)的專業(yè)技術(shù)知識(shí)，TI確確實(shí)實(shí)對(duì)其產(chǎn)品提供了全方位的支持。”Jinyang說道。

　　在華盛頓大學(xué)研究小組首次宣布開始研發(fā)這種突破性相機(jī)的13個(gè)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(jī)的相關(guān)信息。

　　“雖然CUP的研發(fā)理念在剛出現(xiàn)的時(shí)侯顯得及其不合常規(guī)，甚至被視為完全瘋狂的舉動(dòng)。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(jī)接下來還會(huì)創(chuàng)造什么樣的奇跡呢?我們拭目以待……

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