高速飛行的炮彈，到底是怎么拍攝出來的？！

想要拍攝快速移動的物體，一般采用的是追隨拍攝法，即鏡頭追隨運(yùn)動物體，然后在等速同向運(yùn)動的過程中拍攝記錄......

如果移動的物體速度太快了怎么辦？比如一顆炮彈射出，在空中飛行，再到擊中目標(biāo)的全過程，如此之快是如何拍攝的？

要知道一般炮彈的飛行速度超過1500米/秒，而上圖這個電磁炮的速度更是達(dá)到了2600米/秒...沒有哪個人類能用手機(jī)或普通相機(jī)跟上這樣的速度，把炮彈拍出來。。。脖子扭斷了也做不到。

那上面的畫面是如何拍攝的呢？這就不得不提到超高速攝影機(jī)（Ultra High Speed Cameras）和高速跟蹤系統(tǒng)了（Flight Follower System）

首先說說超高速攝影機(jī)，這東西起初是為了研究原子彈而誕生的神器～～！由高速攝影的鼻祖Harold Edgerton (1903-1990) 麻省理工的埃哲頓博士發(fā)明。

哈羅德·埃哲頓博士
Harold Edgerton (1903-1990)

埃哲頓博士一輩子都在研究變態(tài)級的高速攝影。他不是攝影藝術(shù)家，但他的作品卻因為變態(tài)高速到別說肉眼就是好多專業(yè)儀器都無法捕捉到的瞬間，而且這些瞬間都是我們生活中經(jīng)常經(jīng)歷的事物，所以在當(dāng)時產(chǎn)生了極大的轟動。其中最著名的就是這個一滴牛奶濺起的皇冠裝的奶花。

今天看起來你可能覺得這并沒什么。但在70年前，這屬于特別神奇的瞬間，因為當(dāng)時沒有人能用肉眼看到這樣的畫面，甚至除此之外的任何儀器也難以捕捉到這個畫面。后來，這張照片被時代雜志選為有史以來最具影響力的 100 張照片之一。

還有這個，人類第一次記錄子彈穿過蘋果瞬間的照片。

埃哲頓博士

拍攝的子彈穿過蘋果瞬間的照片

1964年

這個把控在百萬分之一秒的照片，并不簡單。如果你只是用普通相機(jī)拍攝，那意就味著三大難點(diǎn)。第一，你必須有百萬分之一的運(yùn)氣概率，恰好卡在那個時間點(diǎn)拍攝。第二，你的快門速度難以達(dá)到這樣快的級別，以至于拍出的圖像是十分模糊的。第三，即使達(dá)到了如此的快門速度，當(dāng)時的進(jìn)光量又難以達(dá)到曝光的及格線，導(dǎo)致畫面會十分暗淡，以至于什么都看不清。

實(shí)際上，埃哲頓博士利用的是一種高速閃光系統(tǒng)，并通過協(xié)調(diào)配合一個磁光快門，讓二者在極短的時間內(nèi)協(xié)調(diào)配合，才最終解決了上述的三種問題，拍攝出來（高速閃光系統(tǒng)就是今天我們用到的閃光燈的初代產(chǎn)品，而磁光快門是一種利用石英晶體壓變產(chǎn)生的瞬間光通路開關(guān)的快門）。

后來，埃哲頓博士繼續(xù)深入研究，最終被美國軍方看上了，并把他叫去研究原子彈爆炸瞬間（爆炸最開始的十億分之一秒的狀態(tài)）。

原子彈爆炸

最初十億分之一秒的瞬間照片

此時埃哲頓博士研究的設(shè)備已經(jīng)不僅僅是拍攝照片了，而是可以進(jìn)行高速攝影了！

幾十年后這些影像被揭秘公開時，很多人第一次看到這樣的畫面，都覺得有一種卡通可愛的感覺～～！怪不得當(dāng)時他們給其中一個原子彈起名字叫小男孩呢～（順便提一句，下面那幾個尖尖的觸角壯的東西，是固定支撐原子彈的鐵塔的幾根鋼素瞬間氣化所形成的?。?/p>

我們今天看到的許多畫面，即使部分光線進(jìn)入了眼睛，因為時間太過短，信息量太少，導(dǎo)致大腦最終“視而不見”！但這些都逃不過高速攝影機(jī)的眼睛！

比如，你每天都會用到的打火機(jī)點(diǎn)火

刺破一個裝滿水的氣球被刺破

玉米粒變成爆米花的瞬間

網(wǎng)球拍上的粘土，被震落的瞬間

所以，

魔術(shù)里最通常的技巧就是

速度足夠快

以至于逃脫了你的肉眼

看看魔術(shù)在高速攝像機(jī)下是怎樣的

好了，我們的正題還沒說完，下面繼續(xù)。。。。

在埃哲頓博士1990年去世后，高速攝影技術(shù)并沒有停止進(jìn)化。如今依舊是麻省理工學(xué)院，他們的拍攝速度已經(jīng)可以達(dá)到驚人的千萬億分之一秒。被命名為“飛秒成像“。

飛秒是個什么概念呢？

“飛秒”在時間上是極短極短極短的。。。。短到什么程度？可以對照感受一下：光，每秒飛行30萬千米，在一飛秒內(nèi)，光也只能飛行300納米。如果快門拍攝速度能到達(dá)飛秒這樣的級別，就可以拍攝出光的飛行過程了。

4毫米長的一段激光光束

像子彈一樣從可樂瓶的底部

以光速射過去

穿過整個瓶身

被飛秒攝像機(jī)拍攝下來

這桶裝著蒸餾水的可樂瓶子，在9年前著實(shí)是火了一把～全世界的網(wǎng)民都被震驚了！感興趣的朋友可以去油管上看TED這段演示演講～～

好了，有了超高速的攝影機(jī)。拍攝固定在一個地方的原子彈不是問題，拍攝在一個可樂瓶空間內(nèi)的光子傳播也沒有問題了?？墒且臄z的物體在空中飛速地前進(jìn)走的很遠(yuǎn)呢？

這就需要用上高速飛行跟蹤系統(tǒng)了，它的原理是由電腦控制一個高速旋轉(zhuǎn)的反光鏡，鏡片的轉(zhuǎn)速和被跟蹤的物體的運(yùn)動速度保持一致，如此便能把畫面反射到旁邊的高速攝影機(jī)里面了。

畢竟，旋轉(zhuǎn)一個鏡片要比把相機(jī)旋轉(zhuǎn)起來要輕松容易很多，而且速度也可以做到很快～！

像這種拍攝炮彈的過程中，攝像機(jī)本身并沒有動，而是通過改變反光鏡的傾角，將光線折射到鏡頭里實(shí)現(xiàn)跟蹤...

移動一面鏡子

可比整個攝影機(jī)移動起來方便多了

這確實(shí)是一個很巧妙的辦法～

而現(xiàn)在的轉(zhuǎn)鏡相機(jī)更加的高效和精密，由于橫向和縱向都設(shè)置了高速旋轉(zhuǎn)鏡片，所以不僅可以追蹤有規(guī)律直線運(yùn)動的炮彈，還可以追蹤毫無運(yùn)動規(guī)律的高速運(yùn)動物體。

通過兩面垂直的鏡子

協(xié)同工作的方式進(jìn)行拍攝

可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜運(yùn)動物體的跟蹤

將物體時刻鎖定在畫面中央

比如跟蹤運(yùn)動中的乒乓球～

所以，你應(yīng)該能想象到，黑科技為什么叫黑科技，因為它夠黑暗?！昂诎怠笔且驗樽畛醯难邪l(fā)初衷都是想用作殺人的軍事武器研究。有了這樣的高速跟蹤系統(tǒng)，就可以直接用激光炮開火了～，無論是沒有規(guī)則飛行的蒼蠅還是高速飛行的導(dǎo)彈～

好啦～～很淺薄的講了講，希望小伙伴們能喜歡其中的知識點(diǎn)。鬧不好以后你的研究方向能用得上這其中的思維邏輯呢～～～

最后，猛戳視頻，更多了解炮彈拍攝過程：

今天，你在網(wǎng)上隨便搜索高速攝像機(jī)，輕松就可以買到動輒都是每秒幾千上萬幀高速的攝像機(jī)，但要到達(dá)飛秒級別的那就屬于國之重器了！好比是你正在用的筆記本的運(yùn)算速度與太湖之光超級計算機(jī)的區(qū)別了！

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