1초에 1000억 프레임의 촬영이 가능하며, 빛이 이동하는 모습도 촬영할 수 있는 카메라가 탄생

초당 수천 ~ 수만 프레임 초고속으로 촬영할 수있는 고속 카메라는 육안으로는 볼 수 없는 광경을 보여주는데, 무려 1초에 1000억 프레임이라는 새로운 초고속 촬영을 가능하게 하는 카메라가 개발되었습니다. 빛의 움직임도 파악할 수 있다는 이 카메라는 물리학 및 우주 과학의 발전에 기여할 것으로 기대되고 있습니다.

Single-shot compressed ultrafast photography at one hundred billion frames per second : Nature : Nature Publishing Group
http://www.nature.com/nature/journal/v516/n7529/full/nature14005.html

World 's fastest 2-D camera may enable new scientific discoveries | Newsroom | Washington University in St. Louis
http://news.wustl.edu/news/Pages/27744.aspx

World’s fastest 2-D camera may enable new scientific discoveries | The Source | Washington University in St. Louis

이 초고속 카메라를 개발한 곳은 미국의 워싱턴대학의 Lihong Wang 특별교수 연구팀. Wang 특별교수는 이미 실용화가 되어 있는 스트리크 카메라을 응용 한 Compressed Ultrafast Photography(CUP)라는 기술을 개발하여, 평면적인 이미지를 최대 초당 1000억 회 촬영하는 것을 실현했다고 합니다. 1000억분의 1초라는 것은, 빛이 불과 3mm 밖에 진행할 수 없다는 지극히 짧은 시간으로 Wang 특별교수는 "인류는 처음으로 빛의 펄스가 비행하는 모습을 볼 수 있게 되었습니다."라고 말합니다.

그 구조의 개념이 아래 그림에 표현되어 있습니다. 오른쪽에 놓인 물체(Object)의 영상(= 빛)은 렌즈를 지나 더 긴 튜브렌즈를 통해서 반대편의 DMD(디지털 미러 장치)에 도착합니다. DMD는 영상 프로젝터 등에도 사용되고 있는 동전 크기의 소자로, 표면에는 7마이크로미터(0.007mm) 사방의 매우 미세한 거울이 빽빽이 깔렸으며, 각각의 각도를 자유롭게 바꿀 수 있게 되어 있습니다. 개별의 거울에 의해 180도 반사된 빛은 '빔 스플리터'에 의해 90도 각도로 반사되어 스트리크 카메라에 들어갑니다.

스트리크 카메라에 들어간 빛은 센서에 의해 전기(전자) 신호로 변환되어 그 신호를 연속으로 나란히 하여 평면 이미지를 그려낼 수 있는 구조로 되어 있다고 설명되어 있습니다. 단일한 스트리크 카메라라면 '선(1차원)'의 정보밖에 얻을 수 없었던 반면, CUP기술을 이용함으로써, '면(2차원)'의 정보를 얻는 것을 가능하게 한 획기적인 기술이라고 합니다.

현재까지 이 분야의 기술로는, 도쿄대가 'STAMP'이라는 기술을 바탕으로 개발한 '세계 최고속 연사 카메라' 등이 있으며, 1조분의 1초 수준의 촬영이 가능하다고 합니다. CUP는 레이저 등의 특수 조명을 없이 평면 이미지를 가능하게 한 것이며, 형광체나 스스로 빛을 발하는 생물 등은 종래의 장치에서는 불가능했던 촬영을 할 수 있게 된 것이 중요한 포인트라고 할 수 있습니다.

Wang 특별교수는, 이 기술은 매우 짧은 시간에 소멸하는 형광 단백질의 변화를 관찰하는 등의 활용이 가능하다고 합니다, 또한 허블우주망원경 등의 우주 망원경에 설치하여, 과학에 새로운 발견을 이끌어낼 것이 기대된다고 말합니다.