世界上最快的攝像機(jī)可以讓你看到光的運(yùn)行。

　　試驗(yàn)場(chǎng)景是這樣的：一小段激光脈沖從左邊進(jìn)入水瓶，高速攝像機(jī)記錄下激光在水瓶中運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。

　　圖片來(lái)自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

　　如果你看不到Y(jié)outube上的視頻，可以試試https://www.bilibili.com/video/av1705086/

　　這種攝像技術(shù)叫做飛秒照相，出自麻省理工學(xué)院的研究人員之手。成像速度達(dá)到駭人聽聞的每秒1萬(wàn)億幀。仔細(xì)算算你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題：光在真空中的速度是每秒3 x 10^8米，那么在攝像機(jī)產(chǎn)生一幅圖片的時(shí)間內(nèi)，光在真空中也只能走0.3毫米。為了生成一幅圖像，攝像機(jī)需要進(jìn)行大量的電子或機(jī)械操作。這樣看來(lái)，莫非這個(gè)攝像機(jī)可以超光速運(yùn)行?

　　還有一個(gè)問題：高速攝影中，每一幅圖片曝光時(shí)間都非常短。在1萬(wàn)億分之一秒內(nèi)，攝像機(jī)接收到的光微乎其微，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以生成一幅圖片。

　　飛秒照相技術(shù)確實(shí)玩了一個(gè)小花招來(lái)避免上述問題。你看到的視頻好像是一小段激光穿過(guò)水瓶的過(guò)程，但實(shí)際上，他們向水瓶發(fā)射了上百萬(wàn)次激光脈沖，錄制了上百萬(wàn)段視頻。當(dāng)然，每一段視頻包含的信息量極少，無(wú)法觀看。然后電腦把所有視頻合成為一個(gè)，集合了所有視頻中的信息。所以，攝像機(jī)不需要超光速運(yùn)行(雖然攝像機(jī)的速度確實(shí)很高)，錯(cuò)過(guò)了幾幀也沒有關(guān)系，下一次總會(huì)抓住的;每一幀光線太暗也沒有關(guān)系，把一百萬(wàn)個(gè)視頻合起來(lái)亮度就夠了。

　　這項(xiàng)技術(shù)還有一些匪夷所思的應(yīng)用，比如可以看見躲在墻角的人。

　　圖片來(lái)自

　　https://www.slideshare.net/cameraculture/raskar-ted-global-2012-femto-photography

　　在上圖的場(chǎng)景中，攝像機(jī)不能看見屋里的人。于是，攝像機(jī)向門的不同位置發(fā)射多次激光脈沖。光子從門上發(fā)射，走向不同方向。有少量激光會(huì)落到人身上，再次反射。部分激光會(huì)再次落到門上。其中少數(shù)比較走運(yùn)的光子會(huì)進(jìn)入攝像機(jī)的鏡頭，被攝像機(jī)看到。攝像機(jī)通過(guò)分析接收到光子的時(shí)間，大致判斷目標(biāo)在屋里的什么位置。

　　經(jīng)過(guò)上百萬(wàn)次激光脈沖和成像，攝像機(jī)就能建立起一個(gè)大致的三維模型。

　　圖片來(lái)自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

　　飛秒照相技術(shù)發(fā)表于2012年。從此以后，其他研究機(jī)構(gòu)紛紛跟進(jìn)，成像速度也得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展?，F(xiàn)在的最高紀(jì)錄為瑞典隆德大學(xué)保持：每秒5萬(wàn)億幀。