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1908年,李普曼還因為發明這種彩色照相術而獲得諾貝爾物理學獎。不過,這種拍攝彩色照片的技術卻一直沒被廣泛采用,想必你已經看到瞭它的缺點:

△ 李普曼本人的彩色自拍照

隻有在固定角度才能看到彩色,否則看起來就像一張沒沖洗過的底片。

而且,要拍這樣一張彩色照片的曝光時間很長,還無法大量復制沖洗。

所以李普曼的照片註定無法普及,最終隻能被存放在博物館的保險庫裡,束之高閣。

但是最近,一群來自瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)的科學傢們,決定要恢復被拋棄100多年的照片技術。

他們真的做到瞭。


經過大量的物理測量和算法還原,他們終於復刻瞭失傳100多年的拍照技術,還把論文發表在瞭《美國國傢科學院院刊》(PNAS)上。

肥皂泡的魔法

從物理原理上來說,李普曼的透明照片並不復雜,這和肥皂泡顯出五彩斑斕的色彩差不多。


現代的照相術是分別對RGB三種顏色曝光,而李普曼的方法是使用光的幹涉。李普曼制造的底片分為3層:一層玻璃基底、一層感光乳劑、一層水銀。


當光線穿過玻璃和感光乳劑到達水銀後,就會被反射回來,和入射光波疊加。這樣就在感光乳劑不同厚度的地方造成不同的感光度。

由於每種顏色的光波長都不一樣,因此它們每種光幹涉後的感光結果都不一樣,在每個地方就等於記錄瞭獨一無二的顏色信息。

我們看照片的過程恰好相反,去掉底片上的水銀並定影,把底面塗成黑色。


感光劑定影後,隻有特定波長的光反射後才會被加強,當初被記錄的顏色就這樣被選擇性地“篩選”出來。(肥皂泡也是類似原理才看起來五顏六色。)


所以從理論上來說,隻要知道反射光線和底片顆粒的分佈,就能反推出130年前彩色照片背後原始光線。

重建當年光彩

道理雖簡單,但是用在130年前的彩色照片上,沒那麼容易。

首先,完美的金屬應該100%反射光,並且使反射光相位反轉180度。實際上感光乳劑和水銀接觸面隻反射瞭50%的光,相位反轉瞭148度,這導致實際模擬結果會偏紅色。


感光乳劑與空氣的界面也有類似的影響,會導致結果偏藍。此外,感光乳劑分佈不均勻,也會對結果造成影響。所以他們用X射線斷層掃描,重建瞭底片的3D圖像。


在經過一系列復雜的數學建模後,科學傢們終於恢復瞭李普曼當初拍攝照片時的色彩,並將這套算法開源在GitHub上。為瞭驗證方法的可靠性,他們拍攝瞭一組比色板的照片,原始光線的恢復還是比較準確的,但是由於底片染料對短波長光線的響應較弱,這部分結果較差。

現在,EPFL的科學傢們決定,將李普曼130年前的技術用於當今數碼相機時代,拍攝的底片則換成瞭二氧化矽。

他們用超快激光改變二氧化矽的折射率,一樣能造出幹涉光效果,相當於把彩色照片刻在玻璃板上。

他們認為這項技術很有前景,畢竟保持信息最長久的方法,就是把信息刻在石頭上。

曉查 發自 凹非寺

量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

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