失傳100多年得了諾貝爾獎的彩色照相術,現在被找回來了

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一張彩色照片誕生,其實非常簡單,就是對紅藍綠(RGB)三種顏色曝光。

但是你知道嗎?

早在130年前,已經有人發明了一種透明的照片,沒有三種顏色疊加,依然能讓你看到彩色。

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以上就是在1891年,法國物理學家加布里埃爾·李普曼(Gabriel Lippmann)拍攝的一種彩色照片。

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採用,想必你已經看到了它的缺點:

李普曼本人的彩色自拍照。只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,還無法大量複製沖洗。所以李普曼的照片注定無法普及,最終只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)的科學家們,決定要恢復被拋棄100多年的照片技術,而他們真的做到了。

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經過大量的物理測量和算法還原,他們終於復刻了失傳100多年的拍照技術,還把論文發表在了《美國國家科學院院刊》(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複雜,這和肥皂泡顯出五彩斑斕的色彩差不多。

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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干涉。

李普曼製造的底片分為3層:一層玻璃基底、一層感光乳劑、一層水銀。

失傳100多年得了諾貝爾獎的彩色照相術,現在被找回來了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,因此它們每種光干涉後的感光結果都不一樣,在每個地方就等於記錄了獨一無二的顏色訊息。

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。

失傳100多年得了諾貝爾獎的彩色照相術,現在被找回來了感光劑定影後,只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。)

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所以從理論上來說,只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只反射了50%的光,相位反轉了148度,這導致實際模擬結果會偏紅色。

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感光乳劑與空氣的介面也有類似的影響,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,重建了底片的3D圖像。

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在經過一系列複雜的數學建模後,科學家們終於恢復了李普曼當初拍攝照片時的色彩,並將這套演算法開源在GitHub上。

為了驗證方法的可靠性,他們拍攝了一組比色板的照片,原始光線的恢復還算比較準確的,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。

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現在,EPFL的科學家們決定,將李普曼130年前的技術用於當今數位相機時代,拍攝的底片則換成了二氧化矽。

他們用超快雷射改變二氧化矽的折射率,一樣能造出干涉光效果,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,畢竟保持訊息最長久的方法,就是把訊息刻在石頭上。

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