世界上最快的攝像機有多快

　　世界上最快的攝像機可以讓你看到光的運行。

　　試驗場景是這樣的：一小段激光脈沖從左邊進入水瓶，高速攝像機記錄下激光在水瓶中運動的過程。

　　圖片來自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

　　如果你看不到Youtube上的視頻，可以試試https://www.bilibili.com/video/av1705086/

　　這種攝像技術叫做飛秒照相，出自麻省理工學院的研究人員之手。成像速度達到駭人聽聞的每秒1萬億幀。仔細算算你可能會發現一個問題：光在真空中的速度是每秒3 x 10^8米，那么在攝像機產生一幅圖片的時間內，光在真空中也只能走0.3毫米。為了生成一幅圖像，攝像機需要進行大量的電子或機械操作。這樣看來，莫非這個攝像機可以超光速運行?

　　還有一個問題：高速攝影中，每一幅圖片曝光時間都非常短。在1萬億分之一秒內，攝像機接收到的光微乎其微，遠遠不足以生成一幅圖片。

　　飛秒照相技術確實玩了一個小花招來避免上述問題。你看到的視頻好像是一小段激光穿過水瓶的過程，但實際上，他們向水瓶發射了上百萬次激光脈沖，錄制了上百萬段視頻。當然，每一段視頻包含的信息量極少，無法觀看。然后電腦把所有視頻合成為一個，集合了所有視頻中的信息。所以，攝像機不需要超光速運行(雖然攝像機的速度確實很高)，錯過了幾幀也沒有關系，下一次總會抓住的;每一幀光線太暗也沒有關系，把一百萬個視頻合起來亮度就夠了。

　　這項技術還有一些匪夷所思的應用，比如可以看見躲在墻角的人。

　　圖片來自

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

　　在上圖的場景中，攝像機不能看見屋里的人。于是，攝像機向門的不同位置發射多次激光脈沖。光子從門上發射，走向不同方向。有少量激光會落到人身上，再次反射。部分激光會再次落到門上。其中少數比較走運的光子會進入攝像機的鏡頭，被攝像機看到。攝像機通過分析接收到光子的時間，大致判斷目標在屋里的什么位置。

　　經過上百萬次激光脈沖和成像，攝像機就能建立起一個大致的三維模型。

　　圖片來自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

　　飛秒照相技術發表于2012年。從此以后，其他研究機構紛紛跟進，成像速度也得到了突飛猛進的發展。現在的最高紀錄為瑞典隆德大學保持：每秒5萬億幀。