现今确实存在的最黑的黑科技是什么?

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世界上最快的摄像机可以让你看到光的运行。

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。

图片来自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

Youtube上的视频估计很多人看不到,就贴几张图,聊胜于无吧。从图中我们可以清晰地看到一小段激光从左到右穿过一瓶水的运动过程。

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。成像速度达到耸人听闻的每秒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。

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

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。

图片来自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

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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