高速相機每秒只能拍攝10萬張圖像？現在這個看起來已經十分巨大的每秒數字已經被超越了，而且新的拍攝片用標準簡直讓你無法想象。近期，張圖瑞典隆德大學的算法實現速相一個研究小組開發了一款相機，它能以每秒5萬億張圖片的超高速度拍攝圖像，這相當于它能拍攝到時間間隔在0.2萬億分之一秒的每秒影像！

科學家認為，拍攝片用新的張圖超快膠片相機將在化學、物理、算法實現速相生物學和生物醫學領域捕獲令人難以置信的超高快速過程，不過，每秒要想把這項技術直接應用在電影領域，拍攝片用可能還有很長很長的張圖路要走。

為了表明這項技術到底能達到什么樣的算法實現速相高度，研究人員已經成功地拍攝了光——光子集合體穿過一張紙厚度的超高過程。在現實中，它只需要一個皮秒。但在膠片上，這個過程被減緩了1萬億次。

傳統的高速像機是通過逐幀拍攝圖像實現的。現在，這項全新的技術則是通過了一套非常具有創新性的算法實現的，在拍攝時，它需要在一張圖像中捕獲幾個已經編碼的圖像區塊，然后通過算法，把它們組合成一段視頻。

簡而言之，這種方法需要將你正在拍攝的對象（例如化學反應）暴露在激光中，激光中每個光脈沖會被賦予唯一的編碼。然后，接收被拍攝物體反射的光，把它們合并到但張照片上，再用加密密鑰（encryption key）將激光閃光分離。

研究人員在最開始時就想使用膠片攝影機，他們希望借助這種設備的特殊性能更深入了解自然界，觀察其中大量飛速進行的過程。你得知道，自然界中的許多過程都發生在皮秒或者飛秒的時間間隔內，而這種快到令人難以置信的速度，包含了大量信息。因為，一秒鐘包含的飛秒數，比人一生中的秒數還要多。

埃里亞斯·克里斯滕森（Elias Kristensson）說：“這并不適用于自然界中所有的過程，但能把目光更集中在一些發生過程非常短的現象中，例如爆炸、血漿閃爍、湍流燃燒、動物大腦活動和化學反應。長期來看，這項技術也可以應用于工業和其它行業。”

然而，對于研究人員來說，這項技術最大的優勢并不在于它們創造了新的速度記錄，而是它們現在能夠在同一過程中拍攝物質的具體變化。

“如今，要觀察這些高速事件的發生過程，還是得通過拍攝單張圖片的靜態過程，從而合并形成視頻。因此，你必須嘗試重復若干次相同的實驗，才能獲得足量的靜止圖像，方便合并成之后也能按需編輯的視頻。顯而易見的麻煩是：如果你重復數次實驗，所獲得的過程不太可能是完全一致的過程。

大多數時候，埃里亞斯·克里斯滕森（Elias Kristensson）和安德烈亞斯·恩（安德烈亞斯·恩）都在研究燃燒過程——這是一個公認的難以研究的復雜領域。這項基礎研究的最終目的是：使下一代汽車發動機、燃氣輪機和鍋爐的使用更清潔、更省油。燃燒是由分子水平上的許多超快速過程控制的，現在可以在膠片上捕獲這個精細的過程。

例如，研究人員還能研究等離子體放電的化學性質、燃燒環境和生物組織中量子態壽命、以及化學反應是如何開始的。預計今年秋季能獲得更多的相關信息。

關于超高速相機

研究人員稱該技術為：FRAME（Frequency Recognition Algorithm for MultipleExposures）——多重曝光的頻率識別算法

帶有閃光燈的普通相機用的是普通的光線，但在超高速相機中，研究人員使用“編碼”閃光燈作為加密形式。每次被編碼的激光閃光燈射到被拍攝的物體（例如，在燃燒的火焰中發生的化學反應）上時，被拍攝物體則以完全相同的編碼發出圖像信號（響應）。隨后的激光閃光都有各不相同的代碼，就這樣圖像信號被捕獲在一張照片中。隨后，這些編碼圖像信號通過加密密鑰在計算機上分離。

目前，已經有一家德國公司成功開發出了基于這項技術的原型，大概在2年后，就有更多的人能使用這項技術了。

翻譯 方玨祎

原文鏈接：//phys.org/news/2017-04-world-fastest-camera.html