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捕捉光线的超高速摄像机

时间: 2017-12-12 17:45 编辑: 北京瑞科中仪阅读:

浩瀚无垠的宇宙中,光以每秒30万公里的速度在其中遨游,还有什么能比光更快呢?睥睨一切的光以其绝对的难以捉摸的速度优势占据着很多科学研究的头条。
1946年,艾哲顿博士用百万分之一秒的曝光率摄像机拍摄并记录下子弹穿过苹果的瞬间,当时的这一组照片仿佛为人们揭开了光的神秘面纱,在紧紧追着光,但也只能望其项背,仅仅是可以看到光的背影,因为追光确实痴人说梦,根本无法将其看得清楚。
捕捉光线的超高速摄像机
出于对前辈的崇拜,也出于对自然的好奇,五十多年后,麻省理工的研究者们终于离光又进了一步,他们可以看到光运行的轨迹,即可以在万亿分之一秒下对光进行捕捉。当然这个是通过一个实验实现的,实验大致是将一束激光从瓶子的底端射入,这项逆天的技术将光的运行轨迹记录下来。下面是实验的大体步骤:
首先是将一条有规律的脉冲光源从装水的可乐瓶底射入,在超高速的摄像机下对光运行进行捕捉。
捕捉光线的超高速摄像机
此时光刚从瓶底射入,光在射入的瞬间就一肉眼可见的速度渐渐到达瓶子的中间部分,接着到达了顶端,最后在瓶盖处进行了反射。我们看到这里就会非常惊叹,我们终于将光捉到了,我们“超光速”了。
 捕捉光线的超高速摄像机捕捉光线的超高速摄像机
而这仅仅只是对一纳秒内发生的事情进行了一万倍的放慢,原来一束光从瓶子传过去只需要一纳米,而我们通过这个摄像机却看到了一纳秒之内发生的事情,倘若再放慢一点,我们是不是就能看到0.1纳秒或者能更清楚的看到运动中的光。以此类推,当将其放慢到几百万的放慢后那光是不是就是可以被握在手里,那对于现实生活中我们就可以回到过去,或者回到未来,掌握了时空?真是这样吗?想多了!不过据说当时科研者还要对其进行一百万倍的放慢实验,目的是更清楚的看到光的运动,后来因为就某些因素无果而终。倘若将一颗正常速度的子弹射入瓶子里,那么经过这项技术的放慢,当子弹从底部射向盖子的时候,大约要历时一年,也就是光一纳秒传播的距离等于子弹一年的距离,这个差距真大。那么他们是怎么将比子弹传播速度快N倍的光速捕捉到呢?运用的什么技术呢?
这项技术就是“飞秒成像”。
那么问题来了,高速摄像时,每一副图的曝光率少之又少,怎么才能使微乎其微的光组成一个图像呢?光速每秒30万千米,要想拍清楚就需要把光限制在0.3毫米之内,莫非这项技术真是超越了光速,真的比光还快?
非也,并不是超越了光速,实验中所呈现的也不是真实拍到光运行的轨迹,而是将每次能捕捉到的图像,无论是清晰不清晰、光强光弱,都将其记录下来,然后通过计算机将几百万次的图像组合起来,组合成一幅完整的图像,将其放慢,也就是我们在实验中看到的那样,当然这幅图是真实的,只不过我们不和光比速度,而是和它比“狡猾”,你快你先走,我慢我断后。
这项技术的横空出世,惊呆了世人,也惊艳了时光,更将有可能创造一项“世界均在我眼中”的逆天技术。将其应用在实际中,可以看到藏在角落的人。
捕捉光线的超高速摄像机
这个原理是把一些光打到门上,这些光会反射进入房间,一些会反射到门上然后进入到照相机,这样利用这些光的反射将零散的人的影像记录下来,再经由计算机逐渐模拟出人的三维模型。
捕捉光线的超高速摄像机
如下图所示,一粒光子射在门上,经过反射,散射出很多光粒子,这些光会继续传播并且反射。
捕捉光线的超高速摄像机捕捉光线的超高速摄像机
它们会射到躲在角落的人的身上,然后在人的身上进行反射与传播。
捕捉光线的超高速摄像机
最终有部分或者很多光;粒子被摄像机捕捉到,依此下去,最终形成了一幅人躲在角落的三维模型,就可以看到角落里的人。
捕捉光线的超高速摄像机
原来如此,超高速摄像技术并非是超越了光,而是完美的利用了光,这项技术发表于2012年,随着该技术的发展,很多成像技术得到了突飞猛进的进步。
在未来,这项技术得到广泛应用的时候,我们就可以实现不用X光的內视,不用转弯就可以看到角落里的车,每个人都是超人的时代终将来临。
感谢那些为科学研究做出贡献的伟大的研究者们。
 
本文部分资料参考http://www.bilibili.com/video/av1705086/ 图片来源如此。

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