Billedteknik lader almindelige kameraer optage højhastighedsbilleder af revnedannelse

Direkte billeddannelse af dynamiske revner, efterhånden som de opstår, kan fortælle os meget om brudens fysik og brudmaterialers egenskaber, hvilket ville gavne mange områder lige fra materialevidenskab til teknik til byggeri. Imidlertid, fraktureringsprocessen sker på et øjeblik, med dynamiske revner, der formerer sig gennem flere centimeter af nogle bløde materialer på kun en tiendedel af et sekund. Højhastighedskameraer kan bruges til direkte billede af dynamisk revnedannelse i nogle materialer, men sådant udstyr er dyrt og kan være svært at bruge i nogle situationer eller med visse materialer.

På møde i American Physical Society March i Boston i 2019, John Kolinski fra Ecole Polytechnique Federale de Lausanne i Lausanne, Schweiz, vil præsentere en ny billeddannelsesteknik kendt som den virtuelle billedteknik, som han og kollegerne Samuel Dillavou og Shmuel Rubinstein fra Harvard University udviklede, der gør det muligt for almindelige digitale kameraer at fange millioner af billeder i sekundet i flere sekunder og samtidig opretholde en høj rumlig opløsning. Han vil også deltage i et pressemøde, der beskriver arbejdet. Information til fjernbetjening til at se og stille spørgsmål er inkluderet i slutningen af ​​denne pressemeddelelse.

Den virtuelle billedteknik bruger en kamerasensors dybde, mængden af ​​information, sensoren kan opnå, for dramatisk at øge billedhastigheden. Revner og mange andre fysiske processer er binære; for eksempel, materiale er enten revnet eller ikke revnet. Dermed, kun to bits er nødvendige for at forestille sig en revne. En billedsensor med en bitdybde på 16 bit har mere end 65, 000 farve- eller gråtoneværdier, hvilket betyder, at det er muligt at producere tusindvis af virtuelle rammer under en enkelt eksponering. Brug af præcis kameratiming og en kort puls med intens lys kan øge billedhastighederne yderligere. "I en nylig undersøgelse ved hjælp af den virtuelle rammeteknik, vi opnår virtuelle billedhastigheder på mere end 60 millioner pr. sekund ved hjælp af præcis tidsmåling og en kamerasensor med betydelig bitdybde, "Sagde Kolinski.

Ved hjælp af den virtuelle rammeteknik, stort set ethvert kamera kan direkte billede dynamiske revner, når de dannes. Derudover det kan bruges til at studere andre hurtige fysiske processer, der sker ved grænseflader mellem faste stoffer og væsker, såsom befugtning, der opstår, når et væskedråbe rammer en materialoverflade. Det eneste krav er, at det faste stof skal være uigennemsigtigt, hvad enten det er et byggemateriale eller blødt stof som en polymer. "I det væsentlige kunne ethvert materiale afbildes med den virtuelle rammeteknik, "Sagde Kolinski.

Forskerne har testet den virtuelle billedteknik ved hjælp af flere typer kameraer med forskellige følsomheder og bitdybder lige fra sofistikerede højhastigheds- og avancerede forbrugskameraer til smartphone-kameraer. Hver type kamera var i stand til at opnå meget højere billedhastigheder ved hjælp af den virtuelle billedteknik, som Kolinski sagde, kan føre til dets brug i fremtidige apps til mobilenheder, der kan måle materielle egenskaber.

Denne nye billedteknik lover en lettere måde at studere brud og andre hurtige fysiske processer ved materialegrænseflader. Brug af almindelige forbrugskameraer til at fange tusinder eller flere billeder i sekundet gør det muligt at undersøge brudstyrke og andre egenskaber ved byggematerialer, og hvis den bruges i mobilapps en dag, den nye teknik kunne supplere eller endda erstatte dyre testhardware med et stykke software.