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，即鏡頭追隨運動物體，然后在等速同向運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到了2600米/秒...沒有哪個人類能用手機或普通相機跟上這樣的速度，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（Ultra High Speed Cameras）和高速跟蹤系統了（Flight Follower System）

首先說說超高速攝影機，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級的高速攝影。他不是攝影藝術家，但他的作品卻因為變態高速到別說肉眼就是好多專業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常經歷的事物，所以在當時產生了極大的轟動。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拍攝，那意就味著三大難點。第一，你必須有百萬分之一的運氣概率，恰好卡在那個時間點拍攝。第二，你的快門速度難以達到這樣快的級別，以至于拍出的圖像是十分模糊的。第三，即使達到了如此的快門速度，當時的進光量又難以達到曝光的及格線，導致畫面會十分暗淡，以至于什么都看不清。

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

后來，埃哲頓博士繼續深入研究，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）。

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備已經不僅僅是拍攝照片了，而是可以進行高速攝影了！

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！）

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

比如，你每天都會用到的打火機點火

刺破一個裝滿水的氣球被刺破

玉米粒變成爆米花的瞬間

網球拍上的粘土，被震落的瞬間

所以，

魔術里最通常的技巧就是

速度足夠快

以至于逃脫了你的肉眼

看看魔術在高速攝像機下是怎樣的

好了，我們的正題還沒說完，下面繼續。。。。

在埃哲頓博士1990年去世后，高速攝影技術并沒有停止進化。如今依舊是麻省理工學院，他們的拍攝速度已經可以達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，光也只能飛行300納米。如果快門拍攝速度能到達飛秒這樣的級別，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

被飛秒攝像機拍攝下來

這桶裝著蒸餾水的可樂瓶子，在9年前著實是火了一把～全世界的網民都被震驚了！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。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的光子傳播也沒有問題了。可是要拍攝的物體在空中飛速地前進走的很遠呢？

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

畢竟，旋轉一個鏡片要比把相機旋轉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現跟蹤...

移動一面鏡子

可比整個攝影機移動起來方便多了

這確實是一個很巧妙的辦法～

而現在的轉鏡相機更加的高效和精密，由于橫向和縱向都設置了高速旋轉鏡片，所以不僅可以追蹤有規律直線運動的炮彈，還可以追蹤毫無運動規律的高速運動物體。

通過兩面垂直的鏡子

協同工作的方式進行拍攝

可實現對復雜運動物體的跟蹤

將物體時刻鎖定在畫面中央

比如跟蹤運動中的乒乓球～

所以，你應該能想象到，黑科技為什么叫黑科技，因為它夠黑暗。“黑暗”是因為最初的研發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，就可以直接用激光炮開火了～，無論是沒有規則飛行的蒼蠅還是高速飛行的導彈～

好啦～～很淺薄的講了講，希望小伙伴們能喜歡其中的知識點。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，你在網上隨便搜索高速攝像機，輕松就可以買到動輒都是每秒幾千上萬幀高速的攝像機，但要到達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算速度與太湖之光超級計算機的區別了！

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