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camera rapída

No século XIX, o fotógrafo Eadweard Muybridge chocou o mundo com a beleza dos seus estudos sobre o movimento dos cavalos. Haveria um instante, durante o galope, em que os quatro cascos do animal deixavam de tocar o chão? Muybridge respondeu essa pergunta com a famosa sequência de fotos que capturava os vários estágios desse movimento. Mais de 100 anos mais tarde, cientistas das universidades de Tokyo e Keio no Japão continuam essa busca pelos instantes fugazes do mundo natural com uma câmera capaz de registrar fenômenos tão rápidos quanto a condução do calor por um material.

Batizada de STAMP (Sequentially Timed All-optical Mapping Photography – algo como “fotografia de mapeamento óptico sequencialmente cronometrada”), a essa máquina produz uma sequência de imagens com uma resolução de 450 x 450 pixels. Pode parecer pouco, mas o intervalo de tempo entre a captura de cada um desses frames é de cerca de 100 femtosegundos, ou seja, menos do que um trilionésimo de segundo. Em outras palavras, essa câmera é mais de 36 bilhões de vezes mais rápida que um iPhone 5s, cujos vídeos em câmera lenta são gravados a 120 FPS.

O método de captura não é nem um pouco convencional. Em vez de realizar uma sucessão de exposições que ocupam toda a área do sensor de imagem, o STAMP usa um sistema óptico inovador que conduz os raios de luz de modo que eles atinjam áreas diferentes do sensor em intervalos determinados(daí o “mapeamento óptico sequencialmente cronometrado” do nome do aparelho). Essencialmente, eles estão trocando resolução por frame rate. Como é a própria propagação da luz que determina o intervalo entre os quadros, essa câmera não é limitada por nenhum efeito mecânico (como é o caso do obturador nas DSLR comuns) ou eletrônico.

Como os próprios pesquisadores notam, já existe um método de geração de imagem que oferece mais resolução e é tão rápido quanto o STAMP. Essa técnica é chamada de “pump probing”. No entanto, ela depende da comparação entre uma série de amostragens para formar a imagem. Simplificando, isso quer dizer que a vantagem do STAMP sobre o “pump probing” está no fato de que ele pode capturar fenômenos que não são facilmente reproduzíveis. Além disso, ele o STAMP é tão flexível quanto uma câmera convencional, o que significa que ele pode ser adaptado para registrar processos microscópicos e macroscópicos.

Naturalmente, a grande desvantagem do aparelho é que ele é muito grande. No momento, os cientistas estão trabalhando com uma unidade de 1m², mas eles planejam encolhe-la em breve.

E as câmeras comuns?

Existe alguma possibilidade de que uma tecnologia parecida seja incorporada às câmeras do mercado consumidor? Creio que isso é improvável. Mas isso não quer dizer que a modesta DSLR não tenha se beneficiado de desenvolvimentos na área. Por muito tempo, o elemento que obstruía a velocidade de captura de imagens era limitação física do obturador mecânico.  Um dos grandes avanços nesse sentido foi o obturador de cortina dupla popularizado pela Leica, cujo conceito básico ainda é utilizado na maioria das câmeras com lentes intercambiáveis.

Desde que a era da fotografia digital começou, contudo, os obturadores mecânicos têm se tornado cada vez mais obsoletos. Afinal, como o sensor é um circuito eletrônico e não uma emulsão química, porque não simplesmente programar um limite de tempo para a amostragem de fótons em vez de bloquear a luz fisicamente? Embora essa pergunta pareça ser retórica, o uso exclusivo do chamado obturador eletrônico ainda está basicamente restrito a câmeras compactas e smartphones (com algumas exceções). O motivo para isso é simples: ao incluir um circuito que armazene a carga gerada pelo fotodiodo, o fabricante diminui a área do pixel que é efetivamente sensível à luz. Obturadores também são importantes porque eles bloqueiam a poeira e criam uma cena completamente escura que pode ser usada como referência  para reduzir o ruído na imagem final. Portanto, câmeras focadas em qualidade de imagem mantém o obturador mecânico até hoje, embora boa parte delas também use um sistema eletrônico híbrido.

De qualquer maneira, tais limitações estão se tornando cada vez menores. Novos processo de fabricação de CMOS não apenas aumentaram a densidade de transistores por pixel como também mudaram sua organização, como é o caso do “backside illuminated (BSI) sensor” da Sony.  Sensores mais avançados também são capazes de realizar a amostragem que gera a imagem enquanto esta ainda esta sendo capturada. Pode ser que ainda demore alguns anos, mas é possível que o obturador mecânico eventualmente seja abandonado, o que abre caminho para velocidades maiores.

Ainda assim, vale notar que, se os obturadores forem de fato abandonados, a razão provavelmente será econômica. Há mais de uma década, máquinas como a Nikon D1 já atingiam velocidades de 1/16,000 s(1/500 s em sincronia com flash). Atualmente, contudo, a velocidade padrão das câmeras mais avançadas é 1/8000 s simplesmente porque quase nenhuma aplicação convencional precisa de tanta velocidade.