东京大学定制帧间隔，捕捉跨五个时间数量级的超快过程

大多数传统的超快摄影方法采用等间隔拍摄图像，但新的进展表明，故事中可能遗漏大量内容，尤其是在涉及多个时间尺度时。

超快事件（如激光脉冲或冲击波发射）可以使用超快成像来捕捉。传统的成像方法在微秒（百万分之一秒）或毫秒（千分之一秒）时间尺度上运行，通常以固定的、等间隔的——或大致等间隔的——间隔拍摄图像。虽然这可以捕捉超快事件的某些特征，但并非每一个重要且可观测的动力学过程都恰好发生在整齐等间隔的时刻。

瞄准快速变化的瞬间

为此，东京大学生物工程系副教授中川惠一领导的团队开发了一种方法，通过对动态变化发生的时间段进行有限图像采集，利用对数超快摄影和波段分辨独立延迟生成（BRIDGE）来捕捉这些不可见的实例。该研究已发表在《i>Optica》期刊上。

对数超快摄影是一种将固定数量的单次拍摄帧分布在一段时间内的过程，其时序与目标事件中具有特征重要性的时刻相对应。该团队开发这项技术，是为了更好地捕捉那些由于反应速度过快以及传统技术的局限性而未被观测到的瞬间。

连接飞秒与纳秒

对数超快摄影的概念通过序列定时全光学映射摄影（STAMP）实现，该方法借助 BRIDGE 提供高图像质量和超快运行能力。BRIDGE 按顺序提取波长带，并允许独立调整这些波长带，同时保持将其映射到动态过程中特定时刻的能力。在此过程中，有限数量的帧可以分布在飞秒（千万亿分之一秒）到纳秒（十亿分之一秒）的时间尺度上。

借助 BRIDGE，时间控制可在不同时间尺度上实现，从而增强对通常发生得太快而无法观察到的现象的观测。

"我们希望找到一种方法，在单次测量中连接这些截然不同的时间尺度。换句话说，我们希望同时看到最初瞬间及其后续过程，而不必二选一，"该研究的主要作者、中川组博士后研究员 Keitaro 表示。

通过在拍摄超快图像时定制帧之间的间隔，研究人员能够放慢关键瞬间，而这些瞬间在常规间隔下可能会被错过，从而在一次拍摄中既捕捉到超快事件的开端，也捕捉到紧随其后的过程。该技术使 11 帧能够捕捉跨越五个数量级时间尺度的关键瞬间——从约 100 飞秒到 10 纳秒。

捕捉难以重复的事件

传统的单次拍摄超快成像通常在选定的时间窗口内以均匀间隔进行成像，强调过程中捕捉到的单一时刻，而非整个过程。

"我们对难以精确重现的现象特别感兴趣。在这种情况下，记录同一事件的早期和后期阶段可以揭示一些关系，而这些关系在从不同实验重建序列时可能会丢失，"该研究的共同作者兼首席研究员 Nakagawa 说。

研究人员继续专注于更多未知领域的探索：峰值时刻难以捕捉的短暂现象，或由于时间尺度差异而尚未被观察到的同一物理过程不同阶段之间的联系。该技术有许多潜在用途，不过研究人员建议主要将其用于激光加工、材料动力学、等离子体和冲击波研究以及生物医学应用。

出版详情

Keitaro Shimada 等，《具有波段分辨独立延迟生成的对数超快摄影》，Optica（2026）。DOI: 10.1364/optica.610944

期刊信息： Optica

这篇报道的幕后作者是谁？

Gaby Clark

英语硕士，自2021年起担任文字编辑，拥有高等教育和健康内容领域经验。致力于提供可信赖的科学新闻。 完整简介 →

Robert Egan

数学生物学学士，创意写作硕士。游历广泛，对科学和语言有独到见解。 完整简介 →

引用： 自定义帧时序捕捉跨越五个数量级时间尺度的超快事件（2026年10月20日） 检索于2026年10月20日 来自https://phys.org/news/2026-10-custom-captures-ultrafast-events-magnitude.html

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