得了諾獎的彩色照相術失傳100多年，現在終於被找回來了

2021-06-13 13:39:13

曉查發自凹非寺量子位報道 | 公眾號 QbitAI

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，法國物理學家加布裡埃爾·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。

所以李普曼的照片註定無法普及，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。

他們真的做到了。

經過大量的物理測量和演算法還原，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。

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。

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資訊。

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。

感光劑定影后，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。）

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。

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影象。

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

他們用超快鐳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，畢竟保持資訊最長久的方法，就是把資訊刻在石頭上。