MIT開發出光速攝影技術　可捕捉光子的運動

麻省理工學院(MIT)宣佈，已成功開發超高速攝影技術，能夠以每秒一兆個畫面的速度將光子移動呈現出來。

這項研究計畫是由MIT媒體實驗室(Media Lab)Camera Culture小組所帶領，團隊負責人為Ramesh Raskar副教授。

Raskar指出，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。

他解釋說，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。我們採用非直接式的「頻閃」(stroboscopic)方法，能在某段時間內重複拍下數百萬次的畫面，然後再重新安排這些資料，以製作出實際上僅有1奈秒時間長度的「電影」。

MIT媒體實驗室是透過與MIT化學系的Bawendi實驗室合作，共同開發出這套攝影裝備。閃光燈是僅有不到1兆分之一秒長的雷射脈衝，而相機是以相當於每秒0.5兆個畫面的速度拍攝光線。然而，由於曝光時間非常短，以及相機的視野很窄，因此影片得在數分鐘內重複且週期性取樣拍攝才能完成。

MIT將這項新的技術稱為「微毫攝影」(Femto Photography)，它包含飛秒(femtosecond)雷射、具微微秒(picoseconds)準確度的偵測器、以及數學重建技巧。

在影片中，所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，同時也觸發具微微秒準確度的掃描變像管(streak tube)，以擷取現場反射回來的光源。由於使用的高速相機(streak camera)視野非常窄，因此每次拍攝都僅能取得一維(1D)的畫面。研究人員共約拍攝了480個畫面，每個畫面的曝光時間約為1.71 picosecond。透過一組鏡子，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，將這些資料組合起來，完成這部二維的影片。

MIT表示，除了藝術與視覺化教學用途外，這項技術可適用於工業、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)。(編譯/范眠)