世界上最快的摄像机有多快

　　世界上最快的摄像机可以让你看到光的运行。

　　试验场景是这样的：一小段激光脉冲从左边进入水瓶，高速摄像机记录下激光在水瓶中运动的过程。

　　图片来自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

　　如果你看不到Youtube上的视频，可以试试https://www.bilibili.com/video/av1705086/

　　这种摄像技术叫做飞秒照相，出自麻省理工学院的研究人员之手。成像速度达到骇人听闻的每秒1万亿帧。仔细算算你可能会发现一个问题：光在真空中的速度是每秒3 x 10^8米，那么在摄像机产生一幅图片的时间内，光在真空中也只能走0.3毫米。为了生成一幅图像，摄像机需要进行大量的电子或机械操作。这样看来，莫非这个摄像机可以超光速运行?

　　还有一个问题：高速摄影中，每一幅图片曝光时间都非常短。在1万亿分之一秒内，摄像机接收到的光微乎其微，远远不足以生成一幅图片。

　　飞秒照相技术确实玩了一个小花招来避免上述问题。你看到的视频好像是一小段激光穿过水瓶的过程，但实际上，他们向水瓶发射了上百万次激光脉冲，录制了上百万段视频。当然，每一段视频包含的信息量极少，无法观看。然后电脑把所有视频合成为一个，集合了所有视频中的信息。所以，摄像机不需要超光速运行(虽然摄像机的速度确实很高)，错过了几帧也没有关系，下一次总会抓住的;每一帧光线太暗也没有关系，把一百万个视频合起来亮度就够了。

　　这项技术还有一些匪夷所思的应用，比如可以看见躲在墙角的人。

　　图片来自

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

　　在上图的场景中，摄像机不能看见屋里的人。于是，摄像机向门的不同位置发射多次激光脉冲。光子从门上发射，走向不同方向。有少量激光会落到人身上，再次反射。部分激光会再次落到门上。其中少数比较走运的光子会进入摄像机的镜头，被摄像机看到。摄像机通过分析接收到光子的时间，大致判断目标在屋里的什么位置。

　　经过上百万次激光脉冲和成像，摄像机就能建立起一个大致的三维模型。

　　图片来自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

　　飞秒照相技术发表于2012年。从此以后，其他研究机构纷纷跟进，成像速度也得到了突飞猛进的发展。现在的最高纪录为瑞典隆德大学保持：每秒5万亿帧。