慢动作相机能取多快的景？光线传播都能拍清楚

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[摘要]能用相机捕捉光线是怎样传播的吗？MIT研究人员开发一款相机，它可以做到，研究人员还制作了影片，每一帧的曝光时间约为1.71皮秒。

MIT多媒体实验室相机文化（Camera Culture）团队开发一款超快相机，有了它我们可以看到光线是怎样传播的。每一帧的有效曝光时间只有2万亿分之一秒，研究人员用它合成光线移动的可视化图像，帧速率约为每秒5000亿帧。要用如此高的帧速率捕捉反射光和直射光，并且拥有充足的亮度几乎是不可能的事。

研究人员使用了间接频闪观测法，该方法可以适时进行多视点扫描，重复测量几百万次并记录结果。然后研究人用会对数据重新排列，制作成“影片”，显示纳秒（1纳秒等于十亿分之一秒）事件是如何进行的。

MIT多媒体实验室相机文化团队与MIT化学系Bawendi实验室合作开发这套设备。研究人员将激光脉冲的持续时间控制在1万亿分之一秒之内，激光脉冲用作闪光，光线从场景返回，被相机捕捉收集，收集时的帧带率约为5000亿fps。由于曝光时间非常短（约为2万亿分之一秒），相机的视野狭窄，研究人员只能在几分钟之内通过重复定期抽样的方法获得视频。

研究人员管这种新技术叫作Femto Photography，新系统使用了飞秒激光照明技术、皮秒精准探测器、数学重建技术。1飞秒相当于1秒的一千万亿分之一，1皮秒相当于1千飞秒。光源是钛宝石激光，每隔13纳米它就会发射脉冲。

脉冲照亮场景，触发精准度高达皮秒的扫描管，扫描管会捕捉从场景返回的光线。超快扫描照相机在水平方向拥有较佳的可视角度，但是在垂直方向可视角度很窄，只相当于一个扫描行。

在每一次录制中，研究人员可以记录超窄视野1D影片。在制作的影片中，研究人录制了大约480帧，每一帧的曝光时间约为1.71皮秒。

研究人员用一套镜片系统将相机视线对准目标物的不同部分，为每一个视角拍摄影片。在激光脉冲发射与电影开始之间会设定固定的延迟时间。接下来，算法会用捕捉的数据合成一部2D影片。

新技术可以应用于艺术和教育领域，可以用来制作工业图像，分析故障和材料属性，可以制作科学图像，理解超快过程，还可以制作医疗图像，重构次表面元素。