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,
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采用,想必你已經看到了它的缺點:
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,還無法大量復制沖洗,
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里,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,
他們真的做到了,
經過大量的物理測量和算法還原,他們終于復刻了失傳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,李普曼的透明照片并不復雜,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干涉。
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后,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。
由于每種顏色的光波長都不一樣,因此它們每種光干涉后的感光結果都不一樣,在每個地方就等于記錄了獨一無二的顏色資訊,
我們看照片的過程恰好相反,去掉底片上的水銀并定影,把底面涂成黑色,
感光劑定影后,只有特定波長的光反射后才會被加強,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,只要知道反射光線和底片顆粒的分布,就能反推出130年前彩色照片背后原始光線,
重建當年光彩
道理雖簡單,但是用在130年前的彩色照片上,沒那么容易,
首先,完美的金屬應該100%反射光,并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。
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,感光乳劑分布不均勻,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,
在經過一系列復雜的數學建模后,科學家們終于恢復了李普曼當初拍攝照片時的色彩,并將這套算法開源在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,原始光線的恢復還是比較準確的,但是由于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的科學家們決定,將李普曼130年前的技術用于當今數位相機時代,拍攝的底片則換成了二氧化硅,
他們用超快激光改變二氧化硅的折射率,一樣能造出干涉光效果,相當于把彩色照片刻在玻璃板上。
他們認為這項技術很有前景,畢竟保持資訊最長久的方法,就是把資訊刻在石頭上,