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MIT開發出超高速「飛攝影」技術,捉住光子的傳播狀態

2011-12-16 09:52| 發佈者: 攝影線上| 查看: 5621| 評論: 0

摘要: 麻省理工學院 (MIT - Massachusetts Institute of Technology) 宣佈,成功開發超高速攝影技術,能夠以每秒一兆個畫面的頻率將光子運動傳播的狀態呈現出來。這項研究計畫是由 MIT 媒體實驗室 (Media Lab) Ramesh Rask ...
「飛攝影」(Femto Photography) 10負五次方的時間尺度,難以想像 ...




麻省理工學院 (MIT - Massachusetts Institute of Technology) 宣佈,成功開發超高速攝影技術,能夠以每秒一兆個畫面的頻率將光子運動傳播的狀態呈現出來。這項研究計畫是由 MIT 媒體實驗室 (Media Lab) Ramesh Raskar 副教授所帶領的 Camera Culture 小組執行。

Raskar 表示:我們開發了一套能夠將光線傳播以視覺化方式呈現的影像技術。每個畫面的有效曝光時間為 2 兆分之一秒,然後再以約每秒 0.5 兆個畫面的速度顯示光的移動影像。若要直接在如此高速與足夠亮度條件下拍攝光的反射或散射,幾乎是不可能的事。我們採用間接式的「頻閃」(stroboscopic) 方式,在某段時間內拍下數百萬次的畫面,然後再重新排列這些影像資料,以製作出實際上僅有1奈秒時間長度的「光跡影片」。

MIT 媒體實驗室與 MIT化學系的 Bawendi 實驗室合作,共同開發出這套特別的攝影設備。閃光燈的速度利用雷射脈衝達到不到1兆分之一秒長,而相機則以相當於每秒 0.5 兆個畫面的速度截取光線。但由於曝光時間非常短、且相機的視野很窄,因此影片得在數分鐘內不斷地重複且以週期性地取樣拍攝才能完成。

MIT將這項新的技術稱為「飛攝影」(Femto Photography),它所使用的技術包含了飛秒 (femtosecond) 雷射、皮秒(picoseconds、或稱微微秒,10-12) 準確度的偵測器、以及電腦數學重建技巧。

在下方的演示影片當中,光源使用的是鈦藍寶石雷射,能夠每 13 奈秒產生一次脈衝。這個脈衝可照亮拍攝物品,同時也觸發具皮秒準確度的掃描變像管(streak tube),以擷取現場反射回來的光源。由於拍攝的高速相機 (streak camera) 視野非常窄,因此每次拍攝都僅能取得一維(1D) 的畫面。研究人員總共拍攝了約 480 個畫面,每個畫面的曝光時間約為 1.71 皮秒。透過特別設置的鏡組,研究人員可將相機瞄準物體的不同部位,再重複同樣的拍攝過程。最後,利用數學演算法在電腦中運算,將這些資料組合起來,完成這部二維 ( 2D) 的影片。





MIT 表示,除了藝術與視覺化教學用途外,這項技術還可以適用於工業、科學或醫學影像應用,有助於進行材料特性、高速製程、或超音波成像等相關研究。此外,光子路徑分析還能用來發展新的計算攝影學(computational photography)。


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註:

飛秒,時間單位秒的極微小量,數量級為 10-15 ,英文寫法為 femtosecond。
皮秒、也稱微微秒,時間單位秒的極微小量,數量級為 10-12 ,英文寫法為 picosecond。
微秒,數量級為 10-6 時間單位秒的極微小量,皮秒又稱微微秒的原因就是 10-6 *10-6 = 10-12 。
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