«Наноземлетрясения» могут улучшить работу камер при недостатке освещения

Сайт о нанотехнологиях #1 в России

Российской науке велено развиваться в прорывных направлениях. Но прорыв — это не только рывок вперёд, но и образование прорехи. Повальная мода исследовать всё и вся сквозь призму нано ведёт нашу науку, скорее, в дыру, нежели к светлому горизонту, утверждает кандидат биологических наук, корреспондент агентства «ИнформНаука» Наталья Резник.

Уже лет десять я работаю в агентстве «ИнформНаука», и всё это время читаю российские научные журналы — новости выуживаю. По образованию я — биолог, поэтому интересуюсь в основном исследованиями в области биологии и медицины, но другие статьи тоже просматриваю. И у меня сложилось впечатление, что российские учёные в последнее время явно руководствуются лозунгом: «Всё на развитие нанотехнологий!». Какой научный журнал ни откроешь — всё о них.

В раздел «Нано» автоматически перешли чуть ли не все исследования, касающиеся пористых материалов, композитов и порошковых технологий. Медики и биологи исследуют наночастицы, пытаясь разработать способ доставки лекарства к нужному органу, или измельчают до наносостояния само лекарство, потому что в таком виде оно лучше действует. Особой благосклонностью пользуется чудодейственная взвесь наночастиц серебра (раньше этот препарат назывался коллоидным серебром и никого не «возбуждал», хотя его целебные свойства известны не одно столетие). Микробиологи всюду усердно ищут и находят нанобактерии, а также уделяют особое внимание микроорганизмам, формирующим кремнезёмные структуры, подчёркивая, что делают это в связи с активным развитием нанотехнологий. Какие же нанотехнологии без кремния!

От них не отстают специалисты в области генной инженерии, поскольку все генно-инженерные конструкции идеально соответствуют «сайз-коду»: их размер не превышает 100 нанометров. Осталось только назвать гены наночастицами наследственности, и всю генетику, не только молекулярную, но и классическую, а заодно и селекцию смело можно будет причислить к нанотехнологиям. Учёные-аграрии уже обрабатывают семена свёклы нанопорошками металлов, и вроде бы эти порошки защищают семена от грибковой инфекции.

Отделение наук о Земле РАН финансирует проект фундаментальных исследований «Наночастицы во внешних и внутренних сферах Земли». (Геологические процессы тоже не обходятся без нано!) В рамках этого проекта океанологи исследуют пыль, наносимую ветром с материка в океан. Эта пыль участвует в образовании осадочных пород, причём часть пылинок имеет наноразмеры. Другие специалисты, занятые освоением недр, озабочены тем, что ежегодно на поверхность Земли попадают сотни миллиардов тонн разрушенных горных пород различного состава, среди которых, конечно, немало наночастиц. Исследователи считают необходимым изучить условия образования, перемещения и хранения этих частиц, а также их роль в техно-природных процессах, происходящих при разработке полезных ископаемых, и возможности создания новых нанотехнологий с использованием техногенных минеральных наночастиц. Есть и учёные, размышляющие над тем, как получать наночастицы посредством управляемых химических взрывов. Рядом, естественно, стоят экологи, наблюдающие за тем, как наночастицы загрязняют окружающую среду. А тем временем сейсмологи разработали технологию, позволяющую регистрировать наноземлетрясения — сейсмические события с минимально возможными магнитудами.

Фактически, учёные не изменили тематику исследований, но постарались как-то связать свои изыскания с развитием нанотехнологий. При этом они проявляют чудеса изобретательности, так что чтение научных журналов стало очень увлекательным занятием.

Тотальная нанонизация российской науки наводит на мысль о том, что без заветной приставки невозможно получить финансирование, а её употребление, напротив, предоставляет определённые возможности. Иными словами, «нано» играет роль философского камня, который любую глупость обращает в деньги.

Наша наука вообще восприимчива к странным идеям (вспомним хотя бы лысенковщину). Одна из причин — невежество политического руководства. Исследователи вынуждены сообразовываться с его понятиями, иначе им просто не дадут работать. Но, к сожалению, невежество подтачивает и научное сообщество.

В серьёзных академических журналах время от времени появляются сообщения об удивительных экспериментах. Например, в 2006 году в журнале «Известия РАН. Серия биологическая» (№6, стр. 680—687) была напечатана статья, авторы которой исследовали процессы заживления огнестрельной раны, смазанной линиментом, то есть эмульсией, дибунола. Исследования, как полагается, проводили на крысах, в которых стреляли из малокалиберной винтовки с расстояния 10 метров. О том, как животных при этом обездвиживали и обезболивали, и как удалось нанести нескольким десяткам крыс стандартные раны, учёные умалчивают. Более того, этот «крысиный тир» вообще не имел смысла, потому что эксперимент был поставлен безграмотно. Половине крыс раны залили эмульсией дибунола, а раны контрольных животных вообще ничем не обрабатывали. Поэтому у исследователей нет никаких оснований рассуждать о действии дибунола: фактически они сравнивали процессы в открытой ране и ране, залитой эмульсией. У них нет доказательств, что дибунол более эффективен, чем простой вазелин.

Ещё пример, на сей раз из «Физиологии человека» за 2009 год (том 35, №5, стр. 127—133). Авторы статьи изучали влияние регулярной физической нагрузки на тонус сосудов. Тема довольно странная для XXI века, так как про это влияние физиологи знают не одно десятилетие. Исследователи мерили давление мастерам и кандидатам в мастера спорта 20—23 лет, а в группу сравнения набрали не занимавшихся спортом гипертоников, которым уже за 30. И что показало сравнение, как вы думаете?

Подобных статей не очень много, но выходят они регулярно. Их авторы всегда имеют учёную степень. Поскольку они не в состоянии грамотно поставить эксперимент, их диссертации должны быть такого же уровня, как и статьи. Тем не менее, все благополучно защитились, а кто и дважды, и ВАК всё утвердил. Потом эти кандидаты и доктора наук пишут полную чушь, которую публикуют рецензируемые академические журналы. Либо рецензенты не добросовестны, либо не способны в полной мере оценить достижения своих авторов. Непонятно, куда смотрят члены редколлегии — академики и членкоры.

Есть ещё и другие академики, борцы со лженаукой, но они дружно ополчились на газетные гороскопы и мало внимания обращают на публикации в российских научных журналах. Похоже, содержание этих публикаций вообще мало кого волнует, и нужны они исключительно для отчётов.

Всё это, по-моему, и есть невежество. Или разруха, которая, как мы помним, в головах. В таком состоянии передовые технологии создавать невозможно. Тем временем в зарубежных лабораториях исследования идут полным ходом, так что наша наука не стоит на месте — она отстаёт, скатывается в наносостояние.

научная статья по теме ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ СЛАБЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ИХ СИГНАЛОВ Геофизика

Цена:

Авторы работы:

Научный журнал:

Год выхода:

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ СЛАБЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ИХ СИГНАЛОВ»

ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2010, № 3, с. 60-70

ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ СЛАБЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ И ИХ СИГНАЛОВ

© 2010 г. Б. В. Левин1, Е. В. Сасорова2, С. А. Борисов1, А. С. Борисов1

Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН, Южно-Сахалинск, 693022 2Институт океанологии РАН, Москва, 117997 Поступила в редакцию 29.04.2008 г.

Сделана попытка связать воедино на теоретическом уровне такие параметры землетрясений, как линейный размер и объем источника разрушения, энергию, магнитуду, класс события, период и частоту излученного сигнала. Получена оценка зависимости периода сигнала (Т от энергии (Е) сейсмического события для очень широкого класса событий: от крупных землетрясений до микроразрушений (наноземле-трясений). Впервые показано, что энергия землетрясения связана с периодом сейсмического сигнала степенной зависимостью с показателем степени, равным 6, что находит объяснение в рамках теории размерности. Далее проанализирован большой наблюдательный материал как наземных, так и гидроакустических наблюдений за сейсмическими событиями различных энергетических уровней. В том числе использовались наблюдения за слабыми сейсмическими событиями в диапазоне частот 50—1000 Гц, выполненные авторами на Камчатке и в Сахалино-Курильском регионе. На этой основе получена экспериментальная зависимость Т=ДЕ), которая показала хорошее совпадение с теоретическими оценками. Исследована степень затухания сейсмического сигнала от частоты и расстояния до приемника для разных сред (в том числе и комбинированных) и при учете затухания не только на поглощение в среде, но и на геометрическое рассеяние. Показано, что сигналы с частотой более 200 Гц практически полностью затухают в твердых средах на расстоянии менее 1 км от источника. Предложен формальный количественный критерий для разделения слабых сейсмических событий на подклассы: слабые землетрясения (маг-нитуда 1 200 Гц). Ранее такое разделение существовало только на описательном уровне.

В соответствии с современными представлениями специалистов по физике землетрясений и по физике разрушения процесс генерации сейсмической волны при землетрясении и процесс излучения упругой волны при возникновении трещины (системы трещин) следует рассматривать как явления, различающиеся по масштабам, но сходные (идентичные) по физическим механизмам, лежащим в их основе. Сейсмологам хорошо известно, что весь спектр сейсмических событий от микроземлетрясений до катастрофических землетрясений перекрывает диапазон энергий величиной в 18 порядков, а период излучаемых при этом сигналов изменяется лишь на три порядка. Известно также, что энергия землетрясения зависит от объема очага, в котором выделяется энергия данного сейсмического события. Однако до настоящего времени многие аспекты физики слабых землетрясений продолжают оставаться предметом дискуссий, несмотря на то, что эти события вызывают большой интерес в связи с техногенными процессами, повышением точности измерений и возможностей регистрации, многочисленными попытками интерпретации геодинамических явлений и перспективами реализации практического прогноза землетрясений.

Поскольку слабые землетрясения происходят значительно чаще, чем сильные явления, а их сиг-

налы несут большой суммарный объем информации о сейсмическом процессе, то изучение параметров этих землетрясений и особенностей распространения сигналов от таких источников может предоставить научному и техническому сообществу новые сведения о генерации землетрясений для решения многих практических задач. В настоящей статье поставлена цель: сопоставить параметры очагов слабых землетрясений с характеристиками излучаемых сигналов на основе анализа исторических и современных данных (включая проведенные недавно авторами измерения в Дальневосточном регионе), получить количественную оценку зависимости периода сейсмического сигнала от энергии события и предложить критерии для классификации слабых землетрясений.

Читайте также:  Карманная моторизованная операторская тележка Rollocam Hercules

ДЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Опыт, накопленный сейсмологами за последние полстолетия, позволяет выделить несколько важных эмпирических соотношений, связывающих основные параметры землетрясений. Некоторые материалы содержатся в сборнике “Слабые землетрясения”, [18], включающем ряд основополагающих работ.

Японский сейсмолог Цубои [23] впервые обосновал и предложил формулу, связывающую энер-

гию землетрясения Ес объемом очага ¥в виде соотношения

Е(эрг) = 1000К (см3). (1)

Эмпирическая зависимость аналогичного вида была предложена М.А. Садовским с соавторами [15] при обработке размеров областей афтершоков подземных ядерных взрывов. Авторами показано, что при коровых землетрясениях и подземных взрывах плотность сейсмической энергии и объемы источников упругих сейсмических волн близки по величине и описываются выражением 1§ Е = 1§ V + 3, где используются размерности формулы (1).

В этой же работе приведена формула для оценки линейных размеров источника по величине объема сейсмического очага. Разумеется, приведенные зависимости следует рассматривать как первое приближение. Следуя Садовскому, отметим, что чрезвычайное разнообразие механизмов очагов землетрясений (сбросы, сдвиги, надвиги и др.), а также различия в свойствах горных пород нельзя полностью исключить из рассмотрения. Однако опыт показывает, что в первом приближении пренебрежение этими параметрами вполне допустимо.

В публикации В.Б. Смирнова [19] приведена как общепринятая зависимость энергии землетрясения от линейного размера очага Е

где Е выражено в эргах, величина плотности накопленной упругой энергии “е” определяется средним значением 1000 эрг/см3, а размер очага выражается в см. Приведенные эмпирические соотношения устанавливают однозначную связь между энергией и размером источника излучения упругих волн.

Большое значение для данной работы имеет зависимость между размером источника (трещины, излучателя, генератора акустических волн) и периодом излучаемого сигнала. Обработка большого объема зарегистрированных сигналов от землетрясений, горных ударов и геоакустической эмиссии, выполненная ранее авторами статьи [16, 27], позволила обнаружить связь между размером источника излучения и периодом сигнала в виде:

где В1 = 2500 м/с2.

В дальнейшем при анализе параметров слабых землетрясений будет использоваться эмпирическое соотношение между энергией источника и периодом излучаемой волны. Такие соотношения для землетрясений с магнитудой М > 0 представлены в виде эмпирических формул, приведенных известными сейсмологами [3, 5].

^ Т = -0.82 + 0.22М (Гутенберг, Рихтер), (4)

^Т = -0.78 + 0.28М (Касахара). (5)

Анализ параметров землетрясений с помощью независимых соотношений (1)-(3) позволяет уста-

новить зависимость периода излучаемого сигнала от энергии землетрясения. Эта зависимость может быть сопоставлена с эмпирическими соотношениями (4, 5) после их проверки и уточнения. Для уточнения соотношения, связывающего энергию источника с периодом волны, был проведен специальный анализ публикаций по слабым землетрясениям, а затем были поставлены эксперименты в сейсмоактивных зонах Дальнего Востока для детектирования очень слабых событий с помощью гидроакустической регистрации в натурных условиях.

КРАТКИЙ АНАЛИЗ НАБЛЮДАТЕЛЬНЫХ ДАННЫХ ПО СЛАБЫМ СЕЙСМИЧЕСКИМ СОБЫТИЯМ

Следует отметить, что в последнее время интерес к слабым сейсмическим событиям (слабым землетрясениям, микроземлетрясениям и микроразрушениям) постоянно возрастает. В то же время регистрация этих событий и определение их параметров (магнитуда, линейные размеры источника, частотные характеристики и др.) и закономерностей, связывающих эти параметры, в большой степени остается проблематичной.

Для сигналов от малых источников характерны высокие частоты и, следовательно, быстрое затухание сигналов в твердых и особенно осадочных средах, до их полного поглощения в этих средах. Однако слабое затухание этих сигналов в воде делает возможной их регистрацию в водном слое с помощью гидроакустических наблюдений. В связи с этим возникает вопрос об оценке параметров сейсмических сигналов по гидроакустическим записям или по совокупности сейсмических и гидроакустических записей. Целью данной части работы является выработка общей методики для оценки энергетических и частотных параметров сейсмических событий.

Ниже приведены основные результаты аппаратурной регистрации слабых сейсмических событий с помощью электромеханических и гидроакустических датчиков по литературным данным и по материалам наблюдений.

Определение магнитуды для слабых сейсмических событий М1, зарегистрированных с помощью гидроакустических датчиков в водном слое, как правило, проводилось по длительности сейсмического события т (длительности более, чем 10% превышения записи над фоновым уровнем). Для этого использовалась либо формула Брочера

[25] МЬ = 2.30 + 1§т, либо калибровочная таблица Соловьева—Ковачева [20]. Формула Брочера дает хорошие оценки только для событий с длительностью сигнала 100 с и более. Так как в большинстве случаев мы имели дело с более слабыми событиями, то для энергетической оценки событий использовалась таблица Соловьева-Ковачева.

Для этой таблицы авторами статьи была определена логарифмическая линия регрессии:

М1 = 1.38Ьп(т) — 3.63, (6)

для которой значение несмещенной оценки коэффициента детерминации — Я2 = 0.9996. Т.е. остаточная дисперсия, определяемая случайной компонентой, чрезвычайно мала. Следует отметить, что гидрофонные записи слабых сейсмических событий, удаленных от места регистрации, как правило, сильно искажены шумами и определение периода сигнала в фазе максимальной амплитуды представляет серьезное затруднение. Именно поэтому при оценке магнитуды сигнала при анализе наблюдательного материала предпочтение в цитируемых ниже работах отдавалось формуле (6), построенной по таблице Соловьева—Ковачева.

В публикации К. Моги [11] представлены

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Пoхожие научные работы по теме «Геофизика»

КОРОВИН М.Е., МОРОЗОВ В.Е., САВОЧКИН П.В., САСОРОВА Е.В. — 2008 г.

КИМ Ч.У., КОРОВИН М.Е., ЛЕВИН Б.В., МАЛАШЕНКО А.Е., САВОЧКИН П.В., САСОРОВА Е.В., ТИХОНОВ И.Н. — 2007 г.

БЕЛЯКОВ А.С., ЛАВРОВ В.С., НИКОЛАЕВ А.В. — 2011 г.

«Наноземлетрясения» могут улучшить работу камер при недостатке освещения

Показать больше статей

Наверное, каждый из нас когда-то смотрел документальные фильмы о живой природе, когда процессы, происходящие на Земле видны в самом близком приближении. Или, когда извержение вулкана показывается в мельчайших подробностях. Или взрывы пиротехники. Существует много такого, что даже самая лучшая камера не снимет так, как высокоскоростная.

Такие устройства снимают со скоростью сотни тысяч и миллионы кадров в секунду и именно поэтому нам удается рассмотреть то, что раньше было просто недоступно ни камерам, ни тем более, человеческому глазу.

  • Рейтинг лучших 360-градусных камер 2017 года
  • Лучшие видеокамеры 2018 года
  • Горящие товары с AliExpress
  • Пятерка лучших 4К камер: чем снимать видео экстра-класса?
  • Лучшие web-камеры 2017 года

Но приготовьтесь к тому, что подобные камеры имеют еще совершенно космическую стоимость, которая доступна только крупным телеканалам и съемочным студиям, научным институтам.

лучшие высокоскоростные камеры

МестоВысокоскоростные камеры 2017 годаРейтинг
1Phantom v25125.0
2Evercam 1000-4-М4.8
3MotionBLITZ Cube44.6
4Optronis CamRecord4.4
5MotionPro. Серия Y4.0
6Evercam 4000-128-С4.0
7Phantom VEO 7104.0

Phantom v2512

Девайс позиционируется, как самая скоростная мегапиксельная камера, которая «умеет» снимать со скоростью 25600 кадров/сек. при максимальном разрешении 1280х800 точек. При этом, если условия съемки требуют более высокой скорости, то при снижении разрешения, можно добиться скорости съемки 1000000 кадров/сек.(!) Поистине, космическая скорость, но на Земле.

Затвор этой камеры способен открываться/закрываться со скоростью 265 наносекунды, что действительно делает гаджет уникальным в своем роде. Объем скоростного жесткого диска составляет 288 ГБ, а все отснятое напрямую передается в CineMag со скоростью 10 Гб/сек.

Evercam 1000-4-М

Высокоскоростная камера российской разработки, применяется в различных областях жизнедеятельности человека: медицина, наука, технологии, армия, транспортная инфраструктура и т. д. Камера снимает со скоростью 1000 кадров в секунду с разрешением 1280х860 точек, а при желании, камера «разгоняется» до скорости 22500 кадров/сек. при уменьшении пикселизация.

Сенсор камеры монохромный, объем памяти составляет 4 ГБ, который увеличивается до 128 ГБ (если настроить максимально качество и скорость съемки, то 4 ГБ памяти заполняются за 3,7 секунды). Производитель дает гарантию 5 лет, а тот фактор, что это отечественная разработка существенно упрощает процесс ремонта и сервисного обслуживания.

MotionBLITZ Cube4

Достаточно стандартная камера, если такое слово вообще корректно в отношении высокоскоростных камер. Скорость съемки при разрешении в 1280х1024 точек составит 1000 кадров в секунду, при этом, скорость затвора равна 2 наносекунды.

Камера используется в различных отраслях науки и промышленности для съемки самых быстротекущих процессов – внутренней памяти хватит на 6,5 секунд записи при максимальном разрешении и скорости. Данная линейка модели насчитывает несколько разновидностей камеры, что позволят подобрать оптимальную для различных задач и условий применения.

Optronis CamRecord

Эта промышленная камера имеет два варианта технической комплектации с различными возможностями. Корпус камеры максимально обеспечивает сохранность и долговечность устройства благодаря промышленным же, технологиям. Скорость съемки может достигать 6300 кадров/сек., а управляться камера может при помощи приложения для устройств на ОС Android.

Объем встроенной памяти может быть 16 или 32 ГБ, в комплекте поставки находится высокоскоростной SSD диск. В основном, данная серия высокоскоростных камер используется для контроля качества сварного шва в промышленности и диагностики промышленных линий производства, где человеческий глаз не способен уловить неисправности, или отклонения в процессах.

MotionPro. Серия Y

Высокоскоростная камера с возможностью съемки со скоростью до 205 000 кадров в секунду (в зависимости от пикселизации). Основной отличительной чертой этого устройства является температурный диапазон применения камеры: от -40 до +50 градусов С. Корпус камеры обладает повышенными прочностными характеристиками, присутствуют различные современные интерфейсы для подключения дополнительного оборудования.

Данная серия скоростных устройств состоит из 12 различных комплектаций, что дает широкие возможности по выбору, исходя из последующих условий эксплуатации. Однако, ремонт и обслуживание камеры может вызвать затруднения, т. к. производство находится в США (время поставки запчастей может достигать 1-3 месяца).

Evercam 4000-128-С

Данная камера от отечественного разработчика позволяет снимать с максимальной скоростью 4000 кадров в секунду и максимальным разрешением 1280х800 точек. Нужна скорость выше, пожалуйста – 85000 кадров и минимальное разрешение в пикселях. Сенсор камеры данной модели цветной, объем жесткого диска может достигать 128 ГБ.

Как и черно-белый «собрат» этого производителя, о котором мы говорили выше, устройство собирается в России, что является существенным плюсом при ремонте и обслуживании.

Phantom VEO 710

Данная камера снимает в максимальном разрешении 1280х800 точек при скорости 7400 кадров в секунду. Это ее максимальное качество, но при необходимости, девайс можно «разогнать» до 1 000 000 кадров, при понижении пикселизации. Устройство выпускается в двух версиях комплектации, которые различаются в наличии дополнительных возможностях у «старшей» модели.

Читайте также:  SanDisk SD WORM

Хранилище файлов может составлять 72 ГБ, все компоненты надежно защищены от ударов, вибраций и высоких перегрузок, которые могут варьироваться от 30 до 100 Джи. При покупке следует быть внимательным, т. к. некоторые функции камеры могут потребовать дополнительных международных лицензий.

Что происходит, когда новая технология настолько точна, что она работает в масштабах, выходящих за рамки наших возможностей характеристики? Например, лазеры, используемые в INRS, создают ультракороткие импульсы в фемтосекундном диапазоне ( 10-15 с), которые слишком коротки для визуализации. Хотя некоторые измерения возможны, ничто не сравнится с четким изображением, говорит профессор INRS и специалист по сверхбыстрой визуализации Jinyang Liang. Он и его коллеги, возглавляемые Lihong Wang из Caltech, разработали то, что они называют T-CUP: самой быстрой камерой в мире, способной захватывать десять триллионов (10 13 ) кадров в секунду. Эта новая камера буквально позволяет заморозить время, чтобы увидеть явления — и даже свет! — в чрезвычайно медленном движении.

В последние годы соединение инноваций в нелинейной оптике и визуализации открыло двери для новых и высокоэффективных методов микроскопического анализа динамических явлений в биологии и физике. Но для использования потенциала этих методов должен быть способ записи изображений в реальном времени с очень коротким временным разрешением — за один раз.

Используя современные методы визуализации, измерения, проводимые с помощью сверхкоротких лазерных импульсов, должны повторяться много раз, что подходит для некоторых типов инертных образцов, но невозможно для других более хрупких. Например, лазерное гравированное стекло может переносить только один лазерный импульс, оставляя меньше, чем пикосекунда, чтобы фиксировать результаты. В этом случае метод визуализации должен иметь возможность фиксировать весь процесс в реальном времени.

Сжатая сверхбыстрая фотография (CUP) была хорошей отправной точкой для них. При 100 млрд. Кадров в секунду этот метод приближался, но не соответствовал спецификациям, необходимым для интеграции фемтосекундных лазеров. Чтобы улучшить концепцию, новая система T-CUP была разработана на основе фемтосекундной полосовой камеры, которая также включает в себя тип сбора данных, используемый в таких приложениях, как томография.

«Мы знали, что с использованием только фемтосекундной линейной камеры качество изображения будет ограничено», — говорит профессор Лихун Ван, профессор Medial Engineering and Electrical Engineering в Калтех и директор лаборатории оптической визуализации Caltech (COIL). «Чтобы улучшить это, мы добавили еще одну камеру, которая приобретает статическое изображение. В сочетании с изображением, полученным камерой фемтосекундной полосы, мы можем использовать так называемое преобразование Радона для получения высококачественных изображений при записи десяти триллионов кадров в секунду. «

Установив мировой рекорд скорости изображения в реальном времени, T-CUP может подключать микроскопы нового поколения для биомедицины, материаловедения и других приложений. Эта камера представляет собой фундаментальный сдвиг, позволяющий анализировать взаимодействия между светом и веществом при беспрецедентном временном разрешении.

В первый раз, когда он использовался, сверхбыстрая камера сломала новую землю, захватив временную фокусировку одного фемтосекундного лазерного импульса в реальном времени. Этот процесс был записан в 25 кадрах, выполненных с интервалом в 400 фемтосекунд, и детализировал форму, интенсивность и угол наклона светового импульса.

«Это само достижение», — говорит Jinyang Liang, ведущий автор этой работы, который был инженером в COIL, когда проводилось исследование, «но мы уже видим возможности для увеличения скорости до одного квадриллиона (10 15 ) кадров в секунду!» Скорости, как это, несомненно, помогут понять все еще незаметные секреты взаимодействий между светом и веществом.

Самая быстрая в мире камера снимает 10 триллионов кадров в секунду


Сверхскоростная камера T-CUP
Учёные из Национального научно-исследовательского института (Канада) и Калифорнийского технологического института разработали самую скоростную в мире видеокамеру T-CUP, которая снимает со скоростью 10¹³, то есть 10 триллионов кадров в секунду. Этот прибор позволяет буквально заморозить время, то есть визуализировать явления (и даже свет) в очень медленном темпе.

Высокоскоростные камеры открывают двери для новых и высокоэффективных методов микроскопического анализа динамических явлений в биологии и физике. Например, можно подробно изучать процессы в живой клетке или движение молекул.

Принцип работы T-CUP
В камере используются лазеры, которые производят ультракороткие импульсы в фемтосекундном диапазоне (10-15 с). Фемтолазеры — лишь половина дела. Чтобы использовать их в видеокамере, должен быть способ записи изображений в реальном времени с очень коротким временны́м разрешением. Создание T-CUP стало возможным благодаря инновациям в нелинейной оптике и технологиях визуализации.
Используя современные методы визуализации, измерения с помощью сверхкоротких лазерных импульсов, должны повторяться многократно, что подходит для некоторых типов инертных образцов, но невозможно для других более хрупких. Например, лазерная гравировка стекла может выдержать только один лазерный импульс, так что у исследователей есть менее пикосекунды, чтобы захватить результаты. Другими словами, метод визуализации должен быть способен охватить весь процесс в режиме реального времени.
Сжатая сверхбыстрая фотография (compressed ultrafast photography, CUP) стала хорошей отправной точкой. Этот метод позволил достичь 100 миллиардов кадров в секунду, о нём рассказывалось на Хабре в 2014 году. Однако технология имела принципиальные ограничения, для преодоления которых разработан улучшенная система T-CUP, поднявшая скорость на несколько порядков. Здесь уже применяется высокоскоростной фемтосекундный фотохронограф, как в томографии, в сочетании с камерой, которая записывает статичное изображение. В таком сочетании исследователи получили возможность использовать так называемое преобразование Радона для получения высококачественных изображений со скоростью до десяти триллионов кадров в секунду (преобразование Радона — интегральное преобразование функции многих переменных, родственное преобразованию Фурье).

Процесс временно́й фокусировки одиночного фемтосекундного лазерного импульса

Зачем это нужно?

Установив мировой рекорд по скорости визуализации, Т-CUP может привести к появлению нового поколение микроскопов для биомедицины, материаловедения и других приложений. Эта камера представляет собой фундаментальный сдвиг. Она даёт возможность анализировать взаимодействия между светом и веществом с беспрецедентным временны́м разрешением.
Впервые видеокамера сняла процесс временно́й фокусировки одиночного фемтосекундного лазерного импульса в режиме реального времени (на фото выше). Этот процесс записан на 25 кадрах с интервалом 400 фемтосекунд: на нём в деталях видны форма, интенсивность и угол наклона светового импульса.

Кадры видеосъёмки T-CUP
На фотографиях выше показаны: лазерный импульс, который проходит под наклоном через решётку (b); пространственная фокусировка одного лазерного импульса (с), лазерный импульс продолжительностью 7 пикосекунд, который пролетает через сплиттер 50:50 в небольшом облачке водяного пара (e); лазерный импульс, который отражается от двух зеркал (g). В первом случае видеосъёмка велась с максимальной скоростью 10 Tfps, во второй и третьей серии кадров — на 2,5 Tfps, а в последней серии кадров — «всего» на 1 триллионе кадров в секунду.
Описание своей разработки учёные опубликовали в журнале Nature. Вместе с научной работой в открытом доступе лежит несколько видеороликов, вот один из них.
«Это само по себе достижение, — говорит ведущий автор научной работы Цзиньян Лян, — но мы уже видим возможности для увеличения скорости до одного квадриллиона (1015) кадров в секунду». Исследователи считают, что на такой скорости можно узнать ещё не обнаруженные секреты взаимодействия света и материи. Например, можно детально регистрировать разлёт молекул во время взрыва, распространение световых лучей и другие интересные вещи.
Кстати, специалисты по безопасности рассчитывают, что камера на такой скорости позволит снимать объекты, которые не находятся в прямой видимости, то есть буквально снимать противника из-за угла (видеодемонстрация). Так что подобные устройства могут найти применение не только в теоретической физике, но и во вполне реальных, полезных приборах.

Акустика

сигнальная информация

№5, 2015 год

09.07 Акустика землетрясений, вулканических извержений, иных катастрофических природных явлений

Тараканов Р.З., Веселов О.В. «Сейсмологические исследования с донными станциями в северо-западной части Тихого океана.» Геоинформатика , № 4, http://www.geosys.ru/images/site/arhiv_journal/4.2014/abstr_ru.pdf (2014)

На первом этапе исследований с донными станциями (1974–1987 гг.) уточнены скорости Р-волн в верхней мантии океанического блока северо-западной части Тихого океана, примыкающего к Курило-Камчатскому и Японскому желобам. Выполнен критический анализ данных наблюдений, полученных учеными разных стран при сейсмологических экспериментах с донными станциями. Наиболее надежными считаются наблюдения донных станций, полученные при японских экспериментах Longshot-2 в северо-западной части Тихого океана. Построенный по этим данным скоростной разрез Р-волн характеризуется аномально высокими скоростями в интервале глубин 10–250 км. В интервале глубин 60–120 км выделяется волновод с перепадом скорости Р-волн в 0,2 км/сек относительно выше и ниже лежащих слоев литосферы. Аномально высокие скорости в океаническом блоке можно, по-видимому, объяснить эклогитизацией вещества на этих глубинах или фазовыми переходами. Большой вклад в аномалию скоростей может дать анизотропия скоростей. При эксперименте в проливе Буссоль в 2006 г. удалось оконтурить очаг сильного землетрясения 15 ноября 2006. На втором этапе исследований с донными станциями (2009–2012) показано, что афтершоки катастрофического землетрясения 11 марта 2011 г. с преобладанием взбросовых движений могут свидетельствовать о дальнейшей подвижке филиппинской плиты под Японские острова.

Геоинформатика, № 4, http://www.geosys.ru/images/site/arhiv_journal/4.2014/abstr_ru.pdf (2014) | Рубрики: 07.14 09.07

Махмудов Х.Ф., Менжулин М.Г., Захарян М.В., Султонов У., Абдурахманов З.М. «Диагностика потери устойчивости нагруженных конструкций и развитие очагов разрушения при воздействии сейсмовзрывных и ударных воздушных волн» Журнал технической физики , 85 , № 11, с. 79-85 (2015)

Представлено решение актуальной для горнодобывающих предприятий задачи -– прогнозирование снижения прочности элементов конструкций охраняемых зданий и сооружений при производстве взрывных работ на основании коэффициента концентрации напряжений, продолжительности времени превышения предела длительной прочности на растяжение и скорости роста трещин. Показано, что наличие концентраторов напряжений в виде естественных неоднородностей или дефектов в строительных материалах отдельных элементов зданий, подвергшихся воздействию сейсмовзрывных и ударных воздушных волн, приводит к росту трещин. Для нахождения величины поверхностной энергии установлено распределение трещин в образцах исследуемого материала и определена их прочность на растяжение. Из распределения трещин по размерам получена эффективная длина трещины.

Журнал технической физики, 85 , № 11, с. 79-85 (2015) | Рубрики: 08.10 09.07 14.04

Кучунова Е.В., Садовский В.М. «Численное исследование распространения сейсмических волн в блочных средах на многопроцессорных вычислительных системах» Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии , 9 , с. 66-76 (2008)

Читайте также:  Pentax Optio M50

Разработан параллельный алгоритм для численного решения пространственных задач динамики упругих кусочно-однородных сред блочной структуры с криволинейными поверхностями раздела. Алгоритм основан на методе расщепления по пространственным переменным с применением монотонной ENO-схемы для решения одномерных гиперболических систем. Исследуются вопросы эффективной реализации алгоритма на многопроцессорных вычислительных системах с распределенной памятью. Приводятся результаты апробации комплекса параллельных программ при исследовании модельных задач сейсмики.

Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии, 9 , с. 66-76 (2008) | Рубрика: 09.07

Костин В.И., Лисица В.В., Решетова Г.В., Чеверда В.А. «Конечно-разностный метод численного моделирования распространения сейсмических волн в трехмерно-неоднородных разномасштабных средах» Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии , 12 , с. 321-329 (2011)

Для численного моделирования процессов распространения сейсмических волн в трехмерно-неоднородных средах с разномасштабными неоднородностями (кавернозно-трещиноватыми резервуарами) разработан конечно-разностный метод, основанный на использовании сеток с локальным пространственно-временным измельчением. Необходимость использования таких сеток связана с огромными различиями в масштабах неоднородностей вмещающей среды (десятки и сотни метров) и микроструктуры пласта-коллектора (от долей сантиметра до первых метров). Вычисления и на грубой, и на мелкой сетках требуют использования высокопроизводительных вычислительных систем с параллельной архитектурой. Для реализации параллельных вычислений используется трехмерная декомпозиция области, когда каждый элементарный объем приписывается своему процессорному элементу. Эти процессорные элементы объединяются в две группы – для вмещающей среды (крупная сетка) и резервуара (мелкая сетка). Вычисления внутри каждой из групп производятся асинхронно за счет использования неблокирующих процедур iSend/iRecv библиотеки MPI. Обмены между группами организованы также с помощью этих процедур и осуществляются через специально выделенные мастер-процессоры. Приводятся результаты численных расчетов для реалистичных моделей карбонатных резервуаров, содержащих коридоры трещиноватости. Показано проявление ориентации этих коридоров в рассеянных волновых полях.

Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии, 12 , с. 321-329 (2011) | Рубрики: 09.07 12.01

Гаврилов В.А., Морозова Ю.В., Сторчеус А.В. «Вариации уровня геоакустической эмиссии в глубокой скважине Г-1 (Камчатка) и их связь с сейсмической активностью» Вулканология и сейсмология , № 1, с. 52-67 (2006)

Представлены результаты непрерывных измерений геоакустической эмиссии с использованием трехкомпонентного геофона с датчиками на основе магнитоупругих кристаллических ферромагнетиков, установленного в скважине на глубине 1035 м. По результатам трехлетнего интервала наблюдений установлено, что примерно для 60% времени наблюдений типичным было наличие характерного суточного хода среднего уровня геоакустической эмиссии. Перед всеми землетрясениями с MLH > 5.0 в зоне радиусом R 5.5 в зоне R

Вулканология и сейсмология, № 1, с. 52-67 (2006) | Рубрика: 09.07

Ингель Л.Х. «О механизмах генерации сейсмических сигналов при взаимодействии смерчей с поверхностью земли» Вулканология и сейсмология , № 6, с. 65-70 (2006)

Проанализированы возможные механизмы генерации сейсмических волн при проявлениях торнадо (смерчей). Обращается внимание на неизвестный ранее эффективный механизм, связанный с интенсивными колебаниями полей давления и ветра, которые, по всей видимости, присущи процессам взаимного циклострофического приспособления этих полей в торнадо. Оценки показывают, что колебания давления при таких процессах в достаточно интенсивных торнадо могут генерировать сейсмические волны, амплитуда которых в принципе достаточна даже для непосредственного восприятия наблюдателями, находящимися на расстояниях порядка километра от смерча (подобные свидетельства имеются в литературе).

Вулканология и сейсмология, № 6, с. 65-70 (2006) | Рубрика: 09.07

Гуфельд И.Л., Корольков А.В., Новоселов О.Н., Хрулев Е.Н. «Отражение геодинамических процессов в локальной геоакустической эмиссии» Вулканология и сейсмология , № 6, с. 62-73 (2009)

Рассмотрена корреляция между быстропротекающими локальными процессами, вызывающими геоакустическую эмиссию, и региональным процессом возбуждения геологической среды, предшествующим сильным землетрясениям. Показано, что это сопоставление возможно на основе единого процесса вертикального переноса энергии за счет дегазации Земли. Впервые проведен анализ локальных геоакустических характеристик на основе анализа диаграмм Пуанкаре и построения разностных уравнений, описывающих динамические изменения характеристик источников акустической эмиссии. На этой основе и с учетом непрерывности проявления геоакустической эмиссии предложена декомпрессионная модель сейсмоакустического шума и геоакустической эмиссии как его составной части.

Вулканология и сейсмология, № 6, с. 62-73 (2009) | Рубрика: 09.07

Левин Б.В., Сасорова Е.В., Борисов С.А., Борисов А.С. «Оценка параметров слабых землетрясений и их сигналов» Вулканология и сейсмология , № 3, с. 60-70 (2010)

Сделана попытка связать воедино на теоретическом уровне такие параметры землетрясений, как линейный размер и объем источника разрушения, энергию, магнитуду, класс события, период и частоту излученного сигнала. Получена оценка зависимости периода сигнала (T) от энергии (E) сейсмического события для очень широкого класса событий: от крупных землетрясений до микроразрушений (наноземлетрясений). Впервые показано, что энергия землетрясения связана с периодом сейсмического сигнала степенной зависимостью с показателем степени, равным 6, что находит объяснение в рамках теории размерности. Далее проанализирован большой наблюдательный материал как наземных, так и гидроакустических наблюдений за сейсмическими событиями различных энергетических уровней. В том числе использовались наблюдения за слабыми сейсмическими событиями в диапазоне частот 50–1000 Гц, выполненные авторами на Камчатке и в Сахалино-Курильском регионе. На этой основе получена экспериментальная зависимость T = f(E), которая показала хорошее совпадение с теоретическими оценками. Исследована степень затухания сейсмического сигнала от частоты и расстояния до приемника для разных сред (в том числе и комбинированных) и при учете затухания не только на поглощение в среде, но и на геометрическое рассеяние. Показано, что сигналы с частотой более 200 Гц практически полностью затухают в твердых средах на расстоянии менее 1 км от источника. Предложен формальный количественный критерий для разделения слабых сейсмических событий на подклассы: слабые землетрясения (магнитуда 1≤M≤3 и диапазон частот 3 Гц≤f≤10 Гц); микроземлетрясения (магнитуда – 4≤M≤ 0 и диапазон частот 20 Гц≤f≤170 Гц); и микроразрушения или наноземлетрясения (с M≤5 и частотами f≥200 Гц). Ранее такое разделение существовало только на описательном уровне.

Вулканология и сейсмология, № 3, с. 60-70 (2010) | Рубрика: 09.07

Хачай О.А., Хачай О.Ю. «О построении нелинейной динамической модели отклика массива горных пород на сильные взрывные воздействия» Геофизические исследования , 16 , № 2, с. 19-26 (2015)

Проведено сопоставление результатов теоретических исследований причин хаотизации нелинейных диссипативных динамических систем и результатов обработки откликов удароопасного массива горных пород на взрывные воздействия, выполненной методом фазовых диаграмм. В качестве экспериментальных использовались данные детального шахтного сейсмического каталога Таштагольского подземного рудника (шахты) за два года – с июня 2006 г. по июнь 2008 г. Из теории следует, что общей причиной хаотизации и стохастизации движений динамической системы являются потери устойчивости движений и экспоненциальное разбегание близких фазовых траекторий, характеризующих её состояние. Результаты анализа фазовых диаграмм, построенных по данным шахтного каталога, подтверждают данное положение. Детально проанализировано изменение во времени типов корреляционных зависимостей функций энергии, поглощаемой и выделяемой массивом. Рассмотрены условия применения алгоритма Н. Н. Боголюбова для анализа накопления и сброса энергии при взрывных воздействиях на массив горных пород.

Геофизические исследования, 16 , № 2, с. 19-26 (2015) | Рубрика: 09.07

Алгоритм NV > Дата публикации: 14.07.2018

Хотели бы вы автоматически устранять шумы и артефакты с фотографий, сделанных в условиях слабого освещения? Или убирать зернистость и пикселизацию с изображений из своей фотогалереи? Новый метод, основанный на алгоритмах глубокого обучения, научился улучшать качество фотографий, на основе только изображений с дефектами.

Рис. 1. Пример для пуассоновского шума (λ=30). Результат был получен с использованием зернистых изображений.

Проект был выполнен исследователями из NVIDIA, Университета Аалто и Массачусетского технологического института (MIT) и представлен на этой неделе на Международной конференции по машинному обучению в Стокгольме (ICML, Швеция). В предыдущих проектах в этой области нейросеть обучалась восстанавливать фотографии, определяя разницу между парными изображениями – с шумом и без. Новый метод отличается тем, что нейросети «скармливаются» только изображения с шумом или зерном.

Этой нейросети никогда не показывали, как выглядит чистое изображение, но она способна устранять артефакты, шум, зерно, и автоматически улучшать качество фотографий.

Рис. 2. Импульсный шум случайного значения. Созданная система устранения шума обучена только на парах изображений с дефектом.

«Искусственный интеллект можно научить восстанавливать сигналы, даже без сравнения их с чистыми аналогами, причем с большей скоростью, чем в случае использования исключительно чистых образцов» – утверждают исследователи в своей работе. «Созданная нейросеть не уступает методам, в которых нейросеть учится на основе чистых образцов, — она использует тот же самый метод и не уступает ни по времени обучения, ни по результатам работы».

Команда проекта обучила свою систему на 50000 изображениях из набора ImageNet с помощью графических процессоров NVIDIA Tesla P100 с фреймворком глубокого обучения TensorFlow с ускорением cuDNN.

Чтобы протестировать систему, были выбраны три разных набора изображений.

Данный метод может использоваться не только для домашнего фотоархива, но и, например, для улучшения МРТ-снимков, что должно значительно усовершенствовать качество визуализации в медицине.

Рис. 3. Восстановленный МРТ-снимок. (a) Входное изображение с 10% зафиксированного спектра с масштабированием 1/p. (b) Восстановление с помощью нейросети, обученной на примере «шумных» изображений, близких ко входному изображению. (с) Референсное изображение.

«В обычной жизни есть ряд ситуаций, когда действительно сложно получить чистые образцы для обучения нейросети: фотографии в условиях низкой освещенности (например, астрономические снимки), физически корректный рендеринг и магнитнорезонансная визуализация», поясняют разработчики. «Наши демонстрации позволяют потенциально получить весомые преимущества в данных областях, устраняя необходимость в зачастую трудоемком процессе получения чистых данных. Конечно, здесь есть свои ограничения. Мы не можем воссоздать объекты, которые отсутствуют в наборе для обучения. Но это ограничение относится в равной степени и к обучению на основе чистых изображений».

Рис. 4. Устранение шума с фотографии Монте-Карло. (a) Изображение, отрисованное с плотностью в 64 выборок на пиксель (spp). (b) Изображение с устраненным шумом в 64 spp, полученное сетью, обученной на изображениях с 64 spp. (с) Референсное изображение, отрисованное с плотностью 131 072 spp.

Алгоритм может убирать с фотографий не только шумы и зерно, но и другие артефакты – включая случайным образом разбросанные надписи.

Следующий видеоролик рассказывает о работе нового алгоритма и приводит примеры:

Для более серьёзного изучения технологии вы можете обратиться к статье, опубликованной разработчиками.

Оцените статью
Добавить комментарий