Hoy vemos cámaras de 100.000 fps para hiper-slo-mo.
¿Hay un límite físico para fotogramas por segundo para una cámara? ¿La velocidad de la luz tal vez? ¿Cómo?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Herb Wilf
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196
Martin Beckett es correcto que la tasa de fotogramas puede ser mucho mayor de 100.000 fps. En este suplemento a su perfectamente buena respuesta, quiero señalar que el principio no es un límite fundamental para el número de fotogramas por segundo que pueden ser capturados. Es sólo que el límite es increíblemente alto.
El límite es debido al hecho de que una mayor velocidad de fotogramas significa que el obturador tiene que ser abierto por un período más corto de tiempo para cada fotograma, lo que significa que menos luz incide en el sensor de la matriz. Usted puede contrarrestar esta haciendo los sensores más sensible, pero con el tiempo se llega al punto donde sólo unos pocos fotones que a través de la abertura antes de que el obturador se cierra en cada fotograma.
En este caso, no ver una escena, pero sólo unos pocos puntos brillantes donde los fotones del detector. Por supuesto, usted puede combinar muchas de esas imágenes para producir una imagen completa, pero, a continuación, que vence el punto de tener una alta velocidad de fotogramas en el primer lugar. El principio de incertidumbre también entra en juego en este punto, si usted quiere saber exactamente cuando el fotón llegó, se hace imposible saber su energía (es decir, su frecuencia), por lo que hay un punto en el que la fotografía en color llegaría a ser imposible.
La única manera de resolver este problema fundamental sería la luz de la escena más brillante, por lo que hay más fotones alrededor de construir una imagen. Pero tarde o temprano tendrá que llegar al punto donde la luz tiene que ser tan brillante que destruye lo que sea que estés tratando de película. También puede utilizar una apertura más grande, pero que hace que sea difícil mantener las cosas en el foco, y hay un límite a cuánto va a ayudar, desde cualquier escena sólo da tantos fotones a ser capturado.
Un perfectamente eficiente $100\:\mathrm{W}$ bombilla de luz emiten $100\:\mathrm{J}$ por segundo de luz, hecha de fotones en el rango visible. Cada fotón tiene una energía dada por $hf \approx 6\times 10^{-34} \times 5 \times 10^{14} Hz \sim 10^{-21}\:\mathrm{J}$. ($h$ es la constante de Planck y $f$ es la frecuencia de la luz.) Esto significa que la bombilla emite acerca de $100/10^{-21} = 10^{23}$ fotones por segundo. Así que si la cámara estaba apuntando directamente a la bombilla que todavía vería un granulado de baja resolución de la imagen con una velocidad de hasta, digamos $10^{17}$ fps, lo que le da un millón de fotones para construir una imagen de cada fotograma. Esta es una increíblemente rápida velocidad de fotogramas, mucho más rápido de lo que se ha logrado con la tecnología actual. Incluso la luz se mueve lentamente a esta velocidad de fotogramas. Si usted apunte la cámara directamente al sol, con un $\sim 1\:\mathrm{m^2}$ apertura, usted podría ir 1000 veces más rápido que este. Pero para llegar mucho más rápido que los que no hay otra opción que usar más y más brillante de las luces.
blowdart
Puntos
28735
He utilizado una de 8 millones de fps de la cámara 25years hace - y la tecnología de la era antigua hasta entonces. Creo puramente electrónicos de las cámaras puede vencer a este por un factor de 10x hoy en día.
Estas cámaras utilizan la rotación en la hexagonal espejo y un arco de la película, cada fotograma detrás de un objetivo individual. Como el espejo de la girado reflejaba los rayos que entran en cada objetivo y para cada fotograma de la película en turno. La única parte móvil era el espejo y que se ejecutó en helio rodamientos en algo así como 10.000 rps. IIRC 200 cuadros llenos de 90deg del arco.
Así, en el 0,25 * 1/10,000 de un segundo de la cámara genera 200 fotogramas individuales, (puede que tenga otro factor de 2x debido a que el ángulo de reflexión es el doble del ángulo de rotación)
La principal dificultad con estas cámaras era que una revolución (0.1 ms) más tarde las imágenes se sobrescribe con el espejo de nuevo. El diseño de un obturador que se cerró en esa época fue muy interesante.
Este es el mismo principio que el ligthhouse paradoja. Así que si usted fuera a hacer el arco de la cámara lo suficientemente grande (dicen que en la luna) y tuvo una rápida suficiente espejo giratorio (y suficiente luz!) usted puede obtener ilimitado fotogramas por segundo.
