Fotografia ad alta velocità

Anche se ora è diventato un luogo comune, la fotografia moderna è ancora un’invenzione piuttosto nuova. Dalla sua invenzione nel 1830, la fotografia ha subito una serie di importanti sviluppi e progressi. Uno di questi importanti progressi è stato lo sviluppo di telecamere ad alta velocità. Queste telecamere hanno permesso ai fotografi di catturare e creare una ripartizione fotogramma per fotogramma di eventi o occorrenze troppo veloce per l’occhio umano per discernere.

Storia delle telecamere ad alta velocità

Il primo importante passo avanti con le telecamere ad alta velocità fu nel 1878. Eadweard Muybridge, un expat britannico e fotografo che vive in California, è stato incaricato di utilizzare le fotografie per determinare se un cavallo sollevato tutti e quattro gli zoccoli da terra durante il galoppo. Usando ventiquattro telecamere collegate a un sistema di rilascio dell’otturatore dettato dal percorso al galoppo del cavallo, ha catturato una sequenza di movimento ad alta velocità dimostrando che i cavalli sollevano tutti e quattro gli zoccoli da terra durante il galoppo.

Otto anni dopo, nel 1886, il fisico austriaco Peter Salcher catturò la prima immagine di un proiettile supersonico. Professore di fisica austriaco e filosofo Ernest Mach utilizzato fotografia di Salcher, “Proiettile in volo,” nei suoi studi di moto supersonico. Il lavoro strumentale di Mach in movimento supersonico è il motivo per cui la velocità del suono porta il suo cognome.

 Il cavallo in movimento. Eadweard Muybridge, via Wikimedia Commons

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Il cavallo in movimento. Eadweard Muybridge , via Wikimedia Commons

Nel 1930, Bell Telephone Laboratories acquistato telecamere ad alta velocità da Eastman Kodak per i loro studi sugli effetti del rimbalzo relè. Le telecamere correvano pellicola 16 mm a 1000 fotogrammi al secondo (fps) e una capacità di carico di 100 piedi. Con il desiderio di telecamere ancora più veloci, Bell Telephone Laboratories ha sviluppato la propria telecamera ad alta velocità. Denominata Fastax, questa fotocamera potrebbe produrre 5.000 fps.

Più tardi, il laboratorio ha venduto il suo design alla Wollensak Optical Company, che ha migliorato la fotocamera per gestire 10.000 fps. Nel 1940, Cearcy D. Miller ha depositato un brevetto per una fotocamera a specchio rotante che era teoricamente in grado di 1.000.000 fps.

Come funzionano le telecamere ad alta velocità

Per evocare una sensazione di movimento da immagini fisse fotografiche, le telecamere cinema (film) utilizzano “movimento intermittente.”Nel catturare una serie continua di immagini su fotogrammi sequenziali di film, il movimento intermittente viene utilizzato per far avanzare progressivamente il film fotogramma per fotogramma. Di conseguenza, le immagini sembrano muoversi e accadere in tempo reale quando il film viene riprodotto in avanti alla normale velocità di proiezione.

Lavoro della camera a Los Alamos

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il Lavoro della camera a Los Alamos

ad Alta velocità cinema telecamere sono in grado di catturare i soggetti e gli eventi che accadono a velocità estremamente elevate, sincronizzando la velocità del film, con la velocità dell’immagine. Dopo aver registrato una sequenza di immagini ad alta velocità, il film può essere riprodotto a velocità normale, il che fa sì che la sequenza appaia al rallentatore e consente una migliore analisi visiva.

A differenza delle macchine fotografiche convenzionali del cinema, le macchine fotografiche ad alta velocità non usano il movimento intermittente per avanzare il loro film. Invece, le telecamere ad alta velocità utilizzano una forma di avanzamento continuo che consente al film di muoversi a una velocità superiore rispetto al movimento intermittente. Il modo più comune per produrre questo tipo di avanzamento è quello di sostituire il normale otturatore della fotocamera con un blocco di vetro rotante parallelo (fotografia a prisma rotante).

Mentre il prisma ruota, sposta l’immagine in sincronia con la pellicola; allo stesso tempo, il prisma funge da otturatore. Per abbattere ulteriormente le azioni ad alta velocità sparando più fotogrammi al secondo, sono state sviluppate tecniche di specchio rotante e tamburo rotante. Per ulteriori informazioni su come funzionano questi tipi di telecamere, fare clic qui.

Streak fotografia è un’altra forma rilevante di fotografia ad alta velocità. La fotografia streak è simile al tipo di fotografia utilizzato nelle immagini “photo-finish”. Le telecamere Streak hanno fessure invece del normale otturatore della fotocamera. Queste telecamere possono utilizzare lo specchio rotante e sistemi a tamburo rotante per scattare immagini ad alta velocità.

Los Alamos Innovations

A Los Alamos, NM durante il progetto Manhattan, gli scienziati hanno impiegato la fotografia ad alta velocità come un modo per studiare e valutare i loro progetti e test di armi nucleari. Le telecamere ad alta velocità sono state utilizzate per fotografare i test del design della bomba “tipo pistola” all’uranio. Queste telecamere sono state in grado di catturare il tempo di inserimento critico “lento” dell’uranio-235 di circa un millisecondo. Il tempo di inserimento critico è la quantità di tempo necessaria per formare materiale fissile più che sufficiente per mantenere una reazione a catena nucleare, nota come formazione di una massa critica.

 Julian E. Mack al transito durante il rilevamento di Z

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Julian E. Mack al transito durante il rilevamento di Z

Le telecamere, tuttavia, non erano abbastanza veloci per fotografare gli esperimenti a base di plutonio. A differenza dell’uranio, il plutonio – 240 ha un alto tasso di fissione spontanea e ha un tempo di inserimento critico inferiore di circa dieci nanosecondi. Per fotografare test e armi a base di plutonio, i fotografi di Los Alamos avevano bisogno di telecamere ad alta velocità ancora più veloci.

Per studiare il design dell’implosione nel sito Anchor Ranch di Los Alamos e successivamente nel sito Trinity, i membri del gruppo Optics e gli scienziati hanno sviluppato nuove e migliorate tecniche fotografiche. Queste tecniche includevano prisma rotante e fotografia a specchio rotante, fotografia flash ad alto esplosivo (“argon bomb”) e fotografia a raggi X flash. Inventata dal fisico britannico e scienziato del progetto Manhattan W. Gregory Marley, la fotocamera Marley era una delle opzioni iniziali della fotocamera ad alta velocità.

Come descrive Clay Perkins nella sua intervista sul sito web Voices of the Manhattan Project, gli scienziati di Los Alamos “hanno portato la fotocamera Marley a Los Alamos per scattare foto del test Trinity.”The Marley camera” funzionava con una ruota che girava di piccole fessure di fronte a una massa di singole telecamere, per così dire. Un pezzo di pellicola, ma con più lenti. La geometria di questo ha permesso di scattare foto fino a 100.000 fotogrammi in un secondo.”Questa velocità ha reso vantaggioso studiare la bomba atomica.

 Canale di perforazione in cima a 10.000 yard N shelter. A. C. Benjamin e Berlyn Brixner (Centro)

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Canale di perforazione in cima 10.000 yard N riparo. A. C. Benjamin e Berlyn Brixner (Centro)

Anche se la fotocamera Marley è stata utilizzata nel processo di sviluppo della costruzione della bomba, Perkins ha notato che la fotocamera non è stata utilizzata al Test Trinity perché “al momento del Test Trinity, il Marley era obsoleto.”Nel suo rapporto sugli eventi a Trinity, il leader del gruppo di fotografia T-5, il professor Julian Ellis Mack, ha osservato che” la messa a fuoco corta fissa e la bassa qualità degli obiettivi avrebbero probabilmente reso inutili le immagini della fotocamera Marley ” durante il test Trinity.

Come capo dell’ottica nella Divisione di fisica delle armi (Gruppo G-11), Mack ha lavorato con i membri del gruppo, tra cui Berlyn Brixner, per testare e sviluppare le telecamere utilizzate alla fine a Trinity. Migliorando la rotazione esistente, tecnologia della fotocamera ad alta velocità, Mack ha inventato la Mack Streak Camera, una fotocamera specchio rotante con un 0.0000001-seconda risoluzione. Questa risoluzione consentirebbe alla fotocamera di catturare immagini a intervalli di 0,0000001 secondi, fornendo ancora più dettagli per fotogramma per lo studio di eventi ad alta velocità.

Nella sua intervista sulle Voci del Progetto Manhattan, Berlyn Brixner ricordò che Mack lo reclutava per azionare la macchina fotografica e fotografare le esplosioni. Brixner ha anche descritto come funzionava la fotocamera streak di Mack: “Hai immaginato l’oggetto, che era un’esplosione, per essere sulla fessura della fotocamera. Poi quell’immagine è stata trasmessa al film e che si è spostata lungo il film in modo che quando la luce appariva in quella fessura, veniva registrata sul film e in questo modo il fisico poteva dire cosa stava succedendo nell’esplosione. Ha funzionato magnificamente.”

Fotografia al Trinity Test

Il 16 luglio 1945 ad Alamogordo, nel Nuovo Messico, il “Gadget”, un dispositivo di implosione al plutonio, fu fatto esplodere durante il Trinity Test. Come uno dei fotografi principali per il test Trinity, Brixner ha contribuito a orchestrare l’uso di cinquantadue diverse telecamere per catturare il test su pellicola.

Secondo l’appendice I del rapporto di Mack “July 16th Nuclear Explosion, Space-Time Relationships” sul test Trinity, c’erano cinquantadue diverse telecamere utilizzate per catturare il test su pellicola. Delle cinquantadue fotocamere, c’erano il seguente numero di ogni tipo di fotocamera:

  • 3 Fastax 8 mm telecamere
     10.000 N mostra installazione della telecamera sul tetto del riparo, Cine E telecamere sotto scaffale, 24 Mitchell sullo scaffale, B L Spettrografo in background

    Didascalia:

    10,000 N mostra l’installazione di telecamere sul tetto del rifugio, Cine E telecamere sotto ripiano, 24 Mitchell su scaffale, B & L Spettrografo in background

  • 3 Fastax 16 mm telecamere
  • 3 Lento Fastax 16 mm telecamere
  • 3 Fastax Primocard 16 mm telecamere
  • 4 Mitchell fotocamere da 35 mm
  • 24 Kodak Cine “E” 16 mm telecamere
  • 2 Fairchild K-17B Aero telecamere
  • 4 Fairchild K-17B Aero telecamere con stereografica capacità
  • 2 macchine fotografiche a foro Stenopeico
  • 1 Fotocamera
  • 3 Shock Telecamere Switch

Le immagini e la pellicola generate dal test sono state utilizzate per l’analisi spettrografica e di resa della bomba. Come accennato dall’elenco sopra, una varietà di telecamere sono state utilizzate durante il test Trinity. Molte di queste telecamere avevano diverse velocità della pellicola, lenti ed esposizioni per catturare diverse fasi dell’esplosione della bomba atomica.

Le telecamere Fastax sono state utilizzate per registrare minuti dettagli dell’esplosione. Le telecamere spettrografiche a tamburo rotante sono state utilizzate per monitorare le lunghezze d’onda della luce emesse dalla palla di fuoco. Le telecamere a foro stenopeico sono state utilizzate per registrare i raggi gamma.

Secondo Brixner, ” hanno ottenuto un record completo con quelle macchine fotografiche in movimento dell’intera esplosione.”Alla fine del test, “qualcosa come 100.000 foto sono state scattate con tutte quelle telecamere.”Poiché la maggior parte della registrazione è stata fatta su fotocamere cinematografiche, la maggior parte delle foto proviene da singoli fotogrammi o immagini fisse del film.

Sia la pellicola in bianco e nero che la pellicola a colori sono state utilizzate nelle fotocamere al Trinity Test. Mentre la fotografia a colori di Jack Aeby del Trinity Test è la più nota, alcune delle fotocamere di Mack e Brixner hanno usato la pellicola a colori. Nel suo rapporto del 16 luglio, Mack ha notato che le ventiquattro telecamere Kodak Cine “E” 16 mm utilizzavano pellicola Kodachrome. Pubblicato da Eastman Kodak nel 1935, Kodachrome è stato uno dei primi film a colori di successo. Nella sua intervista, Brixner ha detto che le sue macchine fotografiche con pellicola a colori ” fatto alcune immagini soddisfacenti, ma niente di particolarmente spettacolare.”

Retaggio di telecamere ad alta velocità

Le telecamere ad alta velocità continuarono ad essere utilizzate durante la Guerra fredda per catturare altri test nucleari. Harold Edgerton, il padre della moderna fotografia ad alta velocità, ha cambiato il modo in cui queste esplosioni sono state registrate con la sua invenzione dello stroboscopio e del Rapatronic.

Sequenza fotografica rapatronica dall'operazione Redwing all'atollo di Eniwetok

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Sequenza fotografica rapatronica dall’Operazione Redwing all’atollo di Eniwetok. Foto per gentile concessione del governo federale degli Stati Uniti (http://sonicbomb.com/albums/album47/mahawk.jpg), via Wikimedia Commons

Lo stroboscopio utilizza lampi di luce per consentire alle persone di vedere le immagini che accadono troppo rapidamente per l’occhio umano per vedere normalmente. Lo stroboscopio è in grado di farlo sincronizzando la frequenza del suo flash elettrico con la velocità di un oggetto in movimento.

Quando Edgerton ha combinato lo stroboscopio elettronico con una speciale macchina fotografica ad alta velocità, è stato in grado di organizzare ogni flash per esporre esattamente un fotogramma della pellicola. Utilizzando questa tecnologia, potrebbe fare eventi ad alta velocità appaiono in movimento estremamente lento.

L’otturatore elettronico Rapatronic o Rapid Action permise a Edgerton e ai suoi colleghi Kenneth Germeshausen e Herbert Grier di catturare esplosioni nucleari per la Commissione per l’energia Atomica (AEC). L’otturatore aperto e chiuso ruotando un campo magnetico on e off. Manipolando la velocità dell’otturatore, potrebbero generare un’esposizione breve quanto due microsecondi.

 Collisione acqua giallo blu

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Blu giallo acqua collisione. Foto per gentile concessione di Joe Dyer (https://www.flickr.com/photos/[email protected]/8566188935/in/photolist-e3XXwF-oX5gy3-dnvb2E-9ztv4V-djzsie-kYGBPF-rgCrpf-cZYBv7-4XbTPh-cZYxvS-cZYzYG-cdUmEU-dMHZ8x-dmjsqu-bWSfkh-caGtgL-cgkGDb-nYtWeK-cgkGJ

Le immagini rapatroniche hanno permesso all’AEC di misurare il diametro dell’esplosione della palla di fuoco in espansione della bomba a diversi intervalli di tempo e, quindi, determinare l’efficienza dell’esplosione. Edgerton utilizzò la Rapatronic per fotografare i test della bomba all’idrogeno nell’atollo di Eniwetok nel 1952.

Le innovazioni delle telecamere ad alta velocità a Los Alamos e durante la guerra fredda hanno influenzato notevolmente il campo della fotografia. Gli sviluppi di nuove tecnologie e tecniche come fotocamere con fps aumentati, flash elettrici e tempi di posa controllati magneticamente hanno ampliato le applicazioni per la fotografia all’interno della scienza e oltre. La fotografia ad alta velocità è stata incorporata negli studi scientifici dei razzi della NASA e nella ricerca dei laser. Questo tipo di fotografia è stato utilizzato anche in medicina e nel settore manifatturiero.

Con l’accessibilità della tecnologia fotografica e i progressi delle fotocamere digitali oggi, la fotografia ad alta velocità è diventata parte della cultura visiva di tutto il mondo. La fotografia ad alta velocità e i video al rallentatore possono essere visti ovunque, dai musei a Flickr, dai film di successo agli how-to di YouTube. In questo modo, l’eredità delle innovazioni a Los Alamos va ben oltre la scienza nucleare e la bomba atomica.

Anche se ora è diventato un luogo comune, la fotografia moderna è ancora un’invenzione piuttosto nuova. Dalla sua invenzione nel 1830, la fotografia ha subito una serie di importanti sviluppi e progressi. Uno di questi importanti progressi è stato lo sviluppo di telecamere ad alta velocità. Queste telecamere hanno permesso ai fotografi di catturare e…

Anche se ora è diventato un luogo comune, la fotografia moderna è ancora un’invenzione piuttosto nuova. Dalla sua invenzione nel 1830, la fotografia ha subito una serie di importanti sviluppi e progressi. Uno di questi importanti progressi è stato lo sviluppo di telecamere ad alta velocità. Queste telecamere hanno permesso ai fotografi di catturare e…

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