Olyan fényképezőgépen dolgoztam, amelynek egyik legfontosabb jellemzője az FPS növelése, amíg egyetlen fotont nem számol. Itt található az egyik pdf erről. Az ábrákból látható, hogy a zaj / képminőség és az FPS között belső kompromisszum zajlik, ami egyszerűen a fotonszámláló zaj statisztikájának köszönhető. ahogy kevesebb fotont kap. Lásd például a 7. ábrát, ahol a fotonstatisztikákat vizsgálják különböző időbeli és térbeli összekapcsolás során. Ez a fajta elemzés nagyon releváns alacsony megvilágítási határok esetén, ahol természetesen foton éhen vagyunk, de egyértelműnek kell lennie annak látásához, hogy ugyanaz a koncepció kiterjedjen egy magas fényhatárra is, csak azzal a képességgel, hogy rövidebb képkockasorokra megyünk, mint mi vagyunk jelenleg képes.

Ha NAGYON rövid időre jutunk, Heisenberg bizonytalansági elve komolyan megzavarja a képet. Mivel a $ \ Delta E \ Delta t \ ge \ frac {\ hbar} {2} \ kb. 5,3 alkalommal10 ^ {- 35} ~ \ textrm {Js} $, a kék foton pedig 5,0 USD körüli \ x10 ^ {- 19 } ~ \ textrm {J} $, ami körülbelül $ 1.1 \ -szer10 ^ {- 16} ~ \ textrm {s} $ marad, mint a keretidő, amikor a mérés olyan rövid, hogy az energia bizonytalansága egyenértékű lenne az energiával a fotonok közül, amelyeket megpróbáltunk megfigyelni. Ezen a ponton minden zajos elmosódás lenne, ezért valószínűleg ez a látható fény alapvető korlátja.

Az MSalters jó válasza mellett érdemes kiemelni, hogy az egyes fotonok különböző időpontokban érkeznek a kamera detektorára. A kamerák működése az, hogy a beérkező fotonokat leolvasható jellé alakítják.

Függetlenül attól, hogy milyen magas az fps sebesség, lesz egy olyan pont, amikor az egyik képkocka befejeződik, és az új elkezdődik.

Ahhoz, hogy a két kép azonos legyen, a képalkotásnak az fps sebesség ütemezésénél mozdulatlanul kell maradnia - ez azt jelenti, hogy az objektum nem mozoghat nagyobb távolságot, mint amelyet a kamera egyik képkockáról a másikra meg tud oldani. .

.... és amint az MSalters rámutat, hogy az egyes fotonok megérkeznek a detektorhoz, egy másik ponthoz vezethet, hogy az fps növekedésével kevesebb fotont észlelnek képkockánként, és a kép kockáról kockára változik egyszerűen annak a statisztikának köszönhető, hogy képkockánként csak néhány fotont detektálnak.

Ha ezt egy logikai végletbe hozza, ha az fps olyan magasra kerül, hogy kevesebb, mint egy foton abszorbeálódik minden képkockában, akkor lehet olyan pár képe, amelyek azonosak, mivel egyáltalán nincs jelük ...., de nem hiszem, hogy ezt választanád.

Tisztában van azzal, hogy a fény kvantumokból áll (Sophia kissé korai lehetett a megjegyzésében, hogy azt mondja, QM nincs benne). A fényképezőgép által rögzített fotonokat praktikus célokra egy képkockán rögzítik. Tehát az FPS növelésével az a probléma, hogy minden egyes keret egyre kevesebb fotonon alapszik.

Ez nem csak elmélet. Megtettük ezt a kísérletet, és meglepő eredményeket érhet el. Különösen ezt a kísérletet végeztük úgy, hogy a fény kettős résen keresztül besugárzott. Alacsony FPS esetén sötétebb és világosabb sávokat kapunk. De magas FPS-sel azt látjuk, hogy minden képkocka hihetetlenül véletlenszerű foton-találatmintával rendelkezik. A sötétebb sávok sötétek, mert a legtöbb képkockában nincs találat, míg a világosabb sávokban egy vagy több foton találat található minden képkockában.

A legfontosabb itt az, hogy minden egyes foton elég véletlenszerűen viselkedjen. Csak azon az összesítésen van, ahol láthatja, hogy a valós kép kirajzolódik a véletlenszerűségből.

A Planck-idő valamivel magasabb, mint a $ t_p = 5 \ cdot 10 ^ {- 44} \, \ text {sec} $, így a kvantummechanika által megengedett maximális képkockasebesség kevesebb mint $ 1 \, \ text {frame} / t_p = 2 \ cdot 10 ^ {43} \, \ text {frame / sec} $.

Van egy érdekes fenonemón, amelyet a kvantum Zeno effektus néven ismernek, ami a rendkívül gyors mérésekre (például a hipotetikus kamerájára) és az álló helyzetben lévő tárgyakra vonatkozik. be, pl. függetlenül attól, hogy egy elektron spinje felfelé vagy lefelé van-e, meg kell mérnünk. A klasszikus fizika szerint a rendszer egy adott állapotban van, és a mérés végrehajtása csupán arról tájékoztat minket, hogy melyik állapot van.

A kvantum fizika szerint , a rendszer valójában különböző állapotok keverékében van, amelyet "hullámfüggvény" ír le. Mérés végrehajtása esetén a hullámfüggvény "összeomlik" * és a rendszer egy adott állapotban van; A hullámfüggvény megmondja az egyes állapotok "kiválasztásának" valószínűségét.

A mérés után új hullámfüggvény alakul ki, mivel annak valószínűsége, hogy a rendszer ugyanabban az állapotban marad az idő múlásával csökken, és annak valószínűsége, hogy más állapotokban van, növekszik.

A kvantum Zeno hatás akkor következik be, amikor a rendszert olyan gyorsan mérjük, hogy nincs elég idő a valószínűség "elterjedt" a többi államra. Valahányszor mérést végzünk, nagy valószínűséggel a hullámfüggvény "összeomlik" a korábban mért ugyanazba állapotba. Ha elég gyorsan mérjük a rendszert, késztethetjük re, hogy addig maradjon álló helyzetben, ameddig csak akarjuk!

• A hullámfüggvény összeomlása a Koppenhága a kvantummechanika értelmezése. Vannak más értelmezések, például sok világ, amelyek másként magyarázzák a dolgokat, de a matematika és a kísérletek is ugyanazok.

Úgy gondolom, hogy a képalkotás jelenleg elérhető határa kb. 10 másodperc / perc (kb. 10 ^ -17), amelyből megfigyelhető egy szilíciumban levő elektron egyedi állapotátmenete (ami körülbelül 450 vagy kb. fél femto-másodperc).

Ryan Colyer válaszának megfelelően a bizonytalanság megakadályozhatja a képalkotást egyetlen menetben, de ismételt képalkotásokkal a bizonytalanság leküzdhető. > innen: http://phys.org/news/2014-12-attosecond-laser-movie-fast-electrons.html

Azonos keretek? Igen!

Tehát hagyjuk figyelmen kívül a műszaki megvalósíthatóságot, és tegyük fel, hogy mindig van valami hasonló a CCD kamera érzékelőhöz, de mindigobobiumból készült, és csak "elég gyorsan". UCCD-nek fogom hívni. Természetesen nincs termikus zaja.

Most normál képet készítünk, a redőny 1/60 másodpercre állítva.
Mit csinált az uCCD szenzor? Minden pixel 1/60 másodpercig gyűjtötte a fotonokat, és a végén megkérdeztük az érzékelőtől, hogy hány fotont kapott az egyes pixelekért.
Közvetlenül ezután egy másik ilyen képet készítve pixeleket kapunk, amelyek megmutatják, hogyan nézett ki a jelenet a következő 1/60 másodperc átlagosan. Tehát a két képkocka közötti különbség nem az, hogy összehasonlítsuk, hogyan nézett ki két időpontban, hanem átlagosan két időszak alatt.

Nagyon magas képkockasebességet szeretnénk, ezért próbálkozzunk rövidebb zárral idő, sokkal rövidebb.
Most sokkal rövidebb időszakok átlagát kapjuk. És nagyon sötét képek.
A képek csak azért sötétebbek, mert sokkal kevesebb fotont kapunk a sokkal rövidebb idő alatt.

Most érdekes lesz; A záridőt olyan rövidre tesszük, hogy pixelenként átlagosan csak egy fotont látunk.
Most már szinte teljesen sötétek a képek - és rendkívül zajosak!
A zaj azért van, mert egyes pixelek teljesen sötétek, mert a záridő alatt egyetlen fotont sem láttak. Ez azért van, mert a fotonok elég véletlenszerűen érkeznek; csak gyakrabban, ahol a kép világosabb.
A sötét és zajos képek egy részét hozzáadhatjuk - ekkor a zaj kiegyenlítődik, és az eredmény nem olyan sötét.

Ezután elkészítjük a záridő olyan rövid, hogy átlagosan csak egy fotont kapunk az egész érzékelőből, így a legtöbb képnek egy kivételével teljesen fekete képpontjai vannak.
Mondhatni, hogy még sötétebb - és még zajosabb is. De a képkockák összeadása még mindig működne.
Mostanáig a képkockasebesség a lehető legnagyobb, ha a legtöbb képkockán egyáltalán bármilyen értelmes pixeladatot akarunk szerezni.

Természetesen ismét rövidebbé tesszük a záridőt, mondjuk az előző felét.
Ezzel csak minden második képkockánál kapunk egy fotont.
De mi történik közben, amikor minden esetben teljesen feketét látunk másik keret? Amennyire láthatjuk, semmi sem történik - semmi sem változik. Ha összeadunk néhány keretet, hogy világosabb képet kapjunk, ugyanaz az eredmény abszolút fekete kerettel és anélkül is. Egyáltalán nem látunk változást - még akkor sem, ha a jelenet, amelyet nézünk, bármilyen nagy sebességgel változik. Ami azt illeti, amit látunk, nem telt el idő.

Ja, és ha nincs elég kézben lévő untanum, nézze meg Ryan Colyers válaszát.