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  麻省理工學院的電子工程教授哈羅德·金頓(Harold Eugene “Doc” Edgerton)早在1964年的時候,就利用每秒100萬幀的高速相機拍攝了子彈打穿一個蘋果的照片。

  但是50年後,人類,具體來說是麻省理工學院媒體實驗室的 Ramesh Raskar 的團隊創造出了每秒可以拍攝一萬億張照片的相機,比金頓的還快100萬倍。

  這就是飛秒攝影技術(femto-photography)的誕生。

  你或許會想,這麼快的攝像技術有什麼用?

  用處可大了。比如,可以看清光的運動。

  有了飛秒攝影技術,雖然光速依然不變,但是它的運動不再能超出人眼的分辨範圍。

  就像來到房間裏打開一盞燈的時候,我們可以看到光先照亮哪裏,然後再照亮哪裏。換言之,光的速度在我們的眼中被“放慢”了。

  一起來看看,用飛秒攝影技術拍攝到的光影運動影像。

  如果製造一個持續幾飛秒(1015秒)的激光,那麼我們就可以創造出一道像子彈一樣的激光束。這道激光當然是以光速運動的,它的速度是普通子彈的100萬倍。

  現在用這道激光子彈去射這個可樂瓶,我們會看到什麼呢?

  更精緻的畫面——

  

  

  @MIT Media Lab’s Camera Culture group

  

  好吧,你剛剛看到的這整個畫面,發生過程不超過1納秒(109秒)。

  我們看到的,是經過100億倍稀釋後的時間。如果我們用的是普通的子彈來重複這個實驗,那麼我們要花一整年的時間,才能看到子彈從可樂瓶底部移動到瓶口。

  而我們看到的光輝,實際上是散射的光,它們不再沿着原來的路線前進,反而進入了我們的眼睛裏(也就是鏡頭裏)。當這粒光線子彈射到可樂蓋上的時候,這個現象尤其明顯,因爲有許多光子無法穿越瓶蓋,被強行分散了。

  因爲水瓶上部有氣體,你可以看到光在那裏彈跳,漣漪倒映在了桌子上。

  Raskar 提示,當他的團隊仔細地查看瓶口的光形成的波紋的時候,發現這些漣漪正在離我們遠去。這不太對啊,光線不是應該朝着我們前進嗎?

  Raskar 解釋道,因爲這種攝影技術已經接近“與光同行”,因此在某些時刻,相機拍攝到的事件“穿越”了,後發生的事件被提前曝光。利用相對論對扭曲的時空進行矯正,我們就可以重新得到時間順序正常的影像。

  愛因斯坦會愛上這種攝影技術的。

  再看一看,用飛秒攝影技術拍攝的靜物。

  更精緻的畫面——

  

  你可以明顯地觀察到,光就像水面的波紋一樣劃過番茄和後面的白色佈景。

  這就是光給萬物“上色”的方式。

  如果你觀察得更仔細,你就會看到在光線穿越之後,它還在發光,這是因爲熟番茄允許光線透入,而透入的光線可以在熟番茄內部不斷彈射的緣故。Raskar 說,未來,我們或許就可以用這種方法,判斷蔬果是否成熟。

  當然了,有些攝影技術基本知識的人會注意到,光子的數量越少,拍出來的圖像就越暗,他們怎麼能拍到這麼清晰的圖像的呢?

  其實,飛秒攝影技術是Raskar 的團隊用幾百束相同的光線以相同的間隔重複拍攝,最後纔得到的合成圖。

  很顯然,有了飛秒攝影技術,光不再能“唯快不破”,我們也實現了看清光的運動的夢想。但這就是飛秒攝影技術的全部能量了嗎?

  故事遠沒有結束。

  Raskar 的團隊利用這種技術,還創造了看穿牆背後物體的技術。

  實際上,一束激光進入房間後會散射開來,最後其中的一些會回到攝像頭裏。因爲經歷的路程不同,光線到達攝像頭的時間有差異,利用這些差異,就可以反推它們經歷的距離,進而計算出門後有什麼。這就好比不用X光就看透一個人的身體。

  下面就是用他們的這種“透視眼”技術看到的門後的物體形態——

  詳細原理的視頻——

  

  有了這種技術,在視線之外的人也無所遁形。想想看,這種技術的應用前景有多麼廣闊,比如在轉彎前看清楚轉角後面是否有車,在無法進入的災難現場搜尋倖存者,也可以在沒有物理接觸的情況下進行無痛的腸道內窺鏡檢查。

  這些人,讓光和我們更親近了。

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