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世界上最快的摄像机可以让你看到光的运行(转载)

2157    2017-06-21    发布者:中国测试杂志社    来源:知乎

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试验场景是这样的:一小段激光脉冲从左边进入水瓶,高速摄像机记录下激光在水瓶中运动的过程。

这种摄像技术叫做飞秒照相,出自麻省理工学院的研究人员之手。成像速度达到骇人听闻的每秒1万亿帧。仔细算算你可能会发现一个问题:光在真空中的速度是每秒3 x 10^8米,那么在摄像机产生一幅图片的时间内,光在真空中也只能走0.3毫米。为了生成一幅图像,摄像机需要进行大量的电子或机械操作。这样看来,莫非这个摄像机可以超光速运行?

还有一个问题:高速摄影中,每一幅图片曝光时间都非常短。在1万亿分之一秒内,摄像机接收到的光微乎其微,远远不足以生成一幅图片。  飞秒照相技术确实玩了一个小花招来避免上述问题。你看到的视频好像是一小段激光穿过水瓶的过程,但实际上,他们向水瓶发射了上百万次激光脉冲,录制了上百万段视频。当然,每一段视频包含的信息量极少,无法观看。然后电脑把所有视频合成为一个,集合了所有视频中的信息。所以,摄像机不需要超光速运行(虽然摄像机的速度确实很高),错过了几帧也没有关系,下一次总会抓住的;每一帧光线太暗也没有关系,把一百万个视频合起来亮度就够了。  这项技术还有一些匪夷所思的应用,比如可以看见躲在墙角的人。

在上图的场景中,摄像机不能看见屋里的人。于是,摄像机向门的不同位置发射多次激光脉冲。光子从门上发射,走向不同方向。有少量激光会落到人身上,再次反射。部分激光会再次落到门上。其中少数比较走运的光子会进入摄像机的镜头,被摄像机看到。摄像机通过分析接收到光子的时间,大致判断目标在屋里的什么位置。  经过上百万次激光脉冲和成像,摄像机就能建立起一个大致的三维模型。

飞秒照相技术发表于2012年。从此以后,其他研究机构纷纷跟进,成像速度也得到了突飞猛进的发展。现在的最高纪录为瑞典隆德大学保持:每秒5万亿帧。



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