每秒五萬億幀的高速攝像機，快的能拍到光子

研究人員在調試光學儀器 / Credit：煎蛋畫師seηz

在慢鏡頭下，任何一個瞬間都變得很酷。但在科學家眼裡高速攝影就不只是「酷」這麼簡單，而是用來研究那些轉瞬即逝的現象的工具。近日，隆德大學的研究人員製造出了有史以來速度最快的高速攝像機。它的幀速率可以達到五萬億幀/秒(5 trillion)，這個速度足以觀察到光子的運動。

在這個速度下，五萬億分之一秒的事件可以被記錄為一幀圖像以供研究者觀測。顯然如此短的時間已經超出了人們的理解範圍。為了演示這個速度有多快，研究人員用相機拍攝了一組光子穿過紙張厚度的距離的視頻。在時長為3秒的視頻里，光粒子看起來幾乎沒有移動，而不是以30萬公里/秒的速度穿過。

視頻截圖

如你所想，能夠捕捉如此畫面的攝像機一定使用了與普通電影攝像機不同的技術，事實上它甚至與所有的數碼相機工作方式都有本質的區別。這台相機並不會真正在一秒里採集五萬億幀(如果真的那樣的話會瞬間用掉幾英里長的膠捲)，而是只工作一皮秒的時間——大概是你念「one Mississippi」的時間的一萬億分之一。

另外，這個破紀錄的攝像機還要依靠另一項創新技術。每一幀的影像實際上包含了四個分別採集的圖形，儀器用閃爍激光打在物體上並創造獨特的「編碼」，這些編碼可以用密鑰進行解碼並將四幅圖像拼合成原本的圖像。

研究人員Elias Kristensson 和 Andreas Ehn把他們的成果叫做FRAME，即「多重曝光的頻率識別演算法(Frequency Recognition Algorithm for Multiple Exposures)」。其實現細節已經發表在《光：科學與應用》期刊上。通過使用這種新技術，研究人員不僅能獲得更高的圖像捕獲速度，還能夠採集更長的圖像序列和更豐富的細節。

那麼這兩位科學家為什麼要研發高速相機呢？在開發相機之前，他們的主要研究方向是燃燒作用。他們希望藉助高速攝像技術在分子水平解釋燃料的複雜燃燒反應。

這種能觀測到分子水平圖像的攝像機可以在通信和微電子領域的研究中大顯身手。新相機的創造者已經開始與一家德國公司合作開發技術原型機，他們預計只要幾年的時間就可以把該儀器供應給世界上的其他實驗室。

(彩蛋：首圖裡有幾隻超載雞？)

本文譯自 gizmodo，由譯者 下弦の月 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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