I sin strävan att ta med allt snabbare kameror till världen, Caltechs Lihong Wang har utvecklat teknologi som kan nå blåshastigheter på 70 biljoner bilder per sekund, tillräckligt snabbt för att se lätt resa. Precis som kameran i din mobiltelefon, fastän, det kan bara producera platta bilder.

Nu, Wangs labb har gått ett steg längre för att skapa en kamera som inte bara spelar in video med otroligt höga hastigheter utan gör det i tre dimensioner. Wang, Bren professor i medicinsk teknik och elektroteknik vid Andrew och Peggy Cherng Institutionen för medicinsk teknik, beskriver enheten i ett nytt papper i journalen Naturkommunikation .

Den nya kameran, som använder samma underliggande teknologi som Wangs andra komprimerade ultrasnabbfotograferingskameror (CUP), kan ta upp till 100 miljarder bilder per sekund. Det är tillräckligt snabbt för att ta 10 miljarder bilder, fler bilder än hela världens mänskliga befolkning, på den tid det tar dig att blinka med ögat.

Wang kallar den nya iterationen "single-shot stereo-polarimetrisk komprimerad ultrasnabb fotografering, " eller SP-CUP.

I CUP-teknik, alla bildrutor i en video fångas i en åtgärd utan att händelsen upprepas. Detta gör en CUP-kamera extremt snabb (en bra mobiltelefonkamera kan ta 60 bilder per sekund). Wang lade till en tredje dimension till detta ultrasnabba bilder genom att få kameran att "se" mer som människor gör.

När en person ser på världen omkring sig, de uppfattar att vissa föremål är närmare dem, och vissa föremål är längre bort. Sådan djupuppfattning är möjlig på grund av våra två ögon, som var och en observerar objekt och deras omgivning från en lite olika vinkel. Informationen från dessa två bilder kombineras av hjärnan till en enda 3D-bild.

SP-CUP-kameran fungerar i princip på samma sätt, säger Wang.

"Kameran är stereo nu, " säger han. "Vi har en lins, men det fungerar som två halvor som ger två vyer med en offset. Två kanaler härmar våra ögon."

Precis som vår hjärna gör med de signaler den får från våra ögon, datorn som kör SP-CUP-kameran bearbetar data från dessa två kanaler till en tredimensionell film.

SP-CUP har också en annan innovation som ingen människa besitter:förmågan att se polariseringen av ljusvågor.

Polariseringen av ljus hänvisar till den riktning i vilken ljusvågor vibrerar när de färdas. Tänk på en gitarrsträng. Om snöret dras uppåt (säg, med ett finger) och släpps sedan, strängen kommer att vibrera vertikalt. Om fingret plockar den i sidled, strängen kommer att vibrera horisontellt. Vanligt ljus har vågor som vibrerar i alla riktningar. Polariserat ljus, dock, har ändrats så att alla dess vågor vibrerar i samma riktning. Detta kan ske på naturlig väg, som när ljus reflekteras från en yta, eller som ett resultat av konstgjord manipulation, som händer med polariserande filter.

Även om våra ögon inte kan upptäcka polariseringen av ljus direkt, Fenomenet har utnyttjats i en rad tillämpningar:från LCD-skärmar till polariserade solglasögon och kameralinser inom optik till enheter som upptäcker dold stress i material och tredimensionella konfigurationer av molekyler.

Wang säger att SP-CUP:s kombination av höghastighets tredimensionella bilder och användningen av polarisationsinformation gör det till ett kraftfullt verktyg som kan vara tillämpbart på en mängd olika vetenskapliga problem. Särskilt, han hoppas att det kommer att hjälpa forskare att bättre förstå sonoluminescensens fysik, ett fenomen där ljudvågor skapar små bubblor i vatten eller andra vätskor. När bubblorna snabbt kollapsar efter att de har bildats, de avger en skur av ljus.

"Vissa människor anser att detta är ett av fysikens största mysterier, " säger han. "När en bubbla kollapsar, dess inre når en så hög temperatur att den genererar ljus. Processen som får detta att hända är mycket mystisk eftersom det hela händer så snabbt, och vi undrar om vår kamera kan hjälpa oss att ta reda på det."