高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?

作者:prcms 2022-03-17 浏览:72
导读: 想要拍摄快速移动的物体,一般采用的是追随拍摄法,即镜头追随运动物体,然后在等速同向运动的过程中拍摄记录...如果移动的物体速度太快了怎么办?比如一颗炮弹射出,在空中飞行,再到击中目标的全过程,如此之快是如何拍摄的?要知道一般炮弹的飞行速度超过1500米/秒,而上图这个电磁炮的速度更是达到了2600米...

想要拍摄快速移动的物体,一般采用的是追随拍摄法,即镜头追随运动物体,然后在等速同向运动的过程中拍摄记录...


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


如果移动的物体速度太快了怎么办?比如一颗炮弹射出,在空中飞行,再到击中目标的全过程,如此之快是如何拍摄的?


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


要知道一般炮弹的飞行速度超过1500米/秒,而上图这个电磁炮的速度更是达到了2600米/秒...没有哪个人类能用手机或普通相机跟上这样的速度,把炮弹拍出来...脖子扭断了也做不到!


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


那上面的画面是如何拍摄的呢?这就不得不提到超高速摄影机(Ultra High Speed Cameras)和高速跟踪系统了(Flight Follower System)。


首先说说超高速摄影机,这东西起初是为了研究原子弹而诞生的神器~~!由高速摄影的鼻祖Harold Edgerton (1903-1990) 麻省理工的埃哲顿博士发明。


哈罗德·埃哲顿博士
Harold Edgerton (1903-1990)

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


埃哲顿博士一辈子都在研究变态级的高速摄影。他不是摄影艺术家,但他的作品却因为变态高速到别说肉眼就是好多专业仪器都无法捕捉到的瞬间,而且这些瞬间都是我们生活中经常经历的事物,所以在当时产生了极大的轰动。其中最著名的就是这个一滴牛奶溅起的皇冠装的奶花。


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


今天看起来你可能觉得这并没什么。但在70年前,这属于特别神奇的瞬间,因为当时没有人能用肉眼看到这样的画面,甚至除此之外的任何仪器也难以捕捉到这个画面。后来,这张照片被时代杂志选为有史以来最具影响力的 100 张照片之一。


还有这个,人类第一次记录子弹穿过苹果瞬间的照片。


埃哲顿博士

拍摄的子弹穿过苹果瞬间的照片

1964年

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


这个把控在百万分之一秒的照片,并不简单。如果你只是用普通相机拍摄,那意就味着三大难点。第一,你必须有百万分之一的运气概率,恰好卡在那个时间点拍摄。第二,你的快门速度难以达到这样快的级别,以至于拍出的图像是十分模糊的。第三,即使达到了如此的快门速度,当时的进光量又难以达到曝光的及格线,导致画面会十分暗淡,以至于什么都看不清。


实际上,埃哲顿博士利用的是一种高速闪光系统,并通过协调配合一个磁光快门,让二者在极短的时间内协调配合,才最终解决了上述的三种问题,拍摄出来。(高速闪光系统就是今天我们用到的闪光灯的初代产品,而磁光快门是一种利用石英晶体压变产生的瞬间光通路开关的快门)


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


后来,埃哲顿博士继续深入研究,最终被美国军方看上了,并把他叫去研究原子弹爆炸瞬间(爆炸最开始的十亿分之一秒的状态)。


原子弹爆炸

最初十亿分之一秒的瞬间照片

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


此时埃哲顿博士研究的设备已经不仅仅是拍摄照片了,而是可以进行高速摄影了!


几十年后这些影像被揭秘公开时,很多人第一次看到这样的画面,都觉得有一种卡通可爱的感觉~~!怪不得当时他们给其中一个原子弹起名字叫小男孩呢~(顺便提一句,下面那几个尖尖的触角壮的东西,是固定支撑原子弹的铁塔的几根钢素瞬间气化所形成的!)


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


我们今天看到的许多画面,即使部分光线进入了眼睛,因为时间太过短,信息量太少,导致大脑最终“视而不见”!但这些都逃不过高速摄影机的眼睛!


比如,你每天都会用到的打火机点火

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


刺破一个装满水的气球被刺破

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


玉米粒变成爆米花的瞬间

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


网球拍上的粘土

被震落的瞬间

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


好了,我们的正题还没说完,下面继续...


在埃哲顿博士1990年去世后,高速摄影技术并没有停止进化。如今依旧是麻省理工学院,他们的拍摄速度已经可以达到惊人的千万亿分之一秒。被命名为“飞秒成像“。


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


飞秒是个什么概念呢?


“飞秒”在时间上是极短极短极短的,短到什么程度?可以对照感受一下:光,每秒飞行30万千米,在一飞秒内,光也只能飞行300纳米。如果快门拍摄速度能到达飞秒这样的级别,就可以拍摄出光的飞行过程了。


4毫米长的一段激光光束

像子弹一样从可乐瓶的底部

以光速射过去

穿过整个瓶身

被飞秒摄像机拍摄下来

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


这桶装着蒸馏水的可乐瓶子,在9年前着实是火了一把~全世界的网民都被震惊了!感兴趣的朋友可以去油管上看TED这段演示演讲~~


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


好了,有了超高速的摄影机。拍摄固定在一个地方的原子弹不是问题,拍摄在一个可乐瓶空间内的光子传播也没有问题了。可是要拍摄的物体在空中飞速地前进走的很远呢?


这就需要用上高速飞行跟踪系统了~!

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


它的原理是由电脑控制一个高速旋转的反光镜,镜片的转速和被跟踪的物体的运动速度保持一致,如此便能把画面反射到旁边的高速摄影机里面了。


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


像这种拍摄炮弹的过程中,摄像机本身并没有动,而是通过改变反光镜的倾角,将光线折射到镜头里实现跟踪...


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


毕竟,旋转一个镜片要比把相机旋转起来要轻松容易很多,而且速度也可以做到很快~!这确实是一个很巧妙的办法~


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


而现在的转镜相机更加的高效和精密,由于横向和纵向都设置了高速旋转镜片,所以不仅可以追踪有规律直线运动的炮弹,还可以追踪毫无运动规律的高速运动物体。


通过两面垂直的镜子

协同工作的方式进行拍摄

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


可实现对复杂运动物体的跟踪

将物体时刻锁定在画面中央

比如跟踪运动中的乒乓球~

高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


所以,你应该能想象到,黑科技为什么叫黑科技,因为它够黑暗。“黑暗”是因为最初的研发初衷都是想用作杀人的军事武器研究。有了这样的高速跟踪系统,就可以直接用激光炮开火了~无论是没有规则飞行的苍蝇还是高速飞行的导弹~


高速飞行的炮弹,到底是怎么拍摄出来的?


好啦~很浅薄的讲了讲,希望小伙伴们能喜欢其中的知识点。闹不好以后你的研究方向能用得上这其中的思维逻辑呢~

今天,你在网上随便搜索高速摄像机,轻松就可以买到动辄都是每秒几千上万帧高速的摄像机,但要到达飞秒级别的那就属于国之重器了!好比是你正在用的笔记本的运算速度与太湖之光超级计算机的区别了!

转载请注明出处:prcms,如有疑问,请联系()。
本文地址:http://prcms.org/cdwtx/62759.html

添加回复:

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。