晓查 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
一张彩色照片诞生 ， 其实非常简单 ， 就是对红蓝绿（RGB）三种颜色曝光 。
但是你知道吗？
早在130年前 ， 已经有人发明了一种透明的照片 ， 没有三种颜色叠加 ， 依然能让你看到彩色 。
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以上就是在1891年 ， 法国物理学家加布里埃尔·李普曼（Gabriel Lippmann）拍摄的一种彩色照片 。
1908年 ， 李普曼还因为发明这种彩色照相术而获得诺贝尔物理学奖 。
不过 ， 这种拍摄彩色照片的技术却一直没被广泛采用 ， 想必你已经看到了它的缺点：
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△ 李普曼本人的彩色自拍照
只有在固定角度才能看到彩色 ， 否则看起来就像一张没冲洗过的底片 。
而且 ， 要拍这样一张彩色照片的曝光时间很长 ， 还无法大量复制冲洗 。
所以李普曼的照片注定无法普及 ， 最终只能被存放在博物馆的保险库里 ， 束之高阁 。
但是最近 ， 一群来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家们 ， 决定要恢复被抛弃100多年的照片技术 。
他们真的做到了 。
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经过大量的物理测量和算法还原 ， 他们终于复刻了失传100多年的拍照技术 ， 还把论文发表在了《美国国家科学院院刊》（PNAS）上 。
肥皂泡的魔法
从物理原理上来说 ， 李普曼的透明照片并不复杂 ， 这和肥皂泡显出五彩斑斓的色彩差不多 。
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现代的照相术是分别对RGB三种颜色曝光 ， 而李普曼的方法是使用光的干涉 。
李普曼制造的底片分为3层：一层玻璃基底、一层感光乳剂、一层水银 。
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当光线穿过玻璃和感光乳剂到达水银后 ， 就会被反射回来 ， 和入射光波叠加 。 这样就在感光乳剂不同厚度的地方造成不同的感光度 。
由于每种颜色的光波长都不一样 ， 因此它们每种光干涉后的感光结果都不一样 ， 在每个地方就等于记录了独一无二的颜色信息 。
我们看照片的过程恰好相反 ， 去掉底片上的水银并定影 ， 把底面涂成黑色 。
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感光剂定影后 ， 只有特定波长的光反射后才会被加强 ， 当初被记录的颜色就这样被选择性地“筛选”出来 。 （肥皂泡也是类似原理才看起来五颜六色 。 ）
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所以从理论上来说 ， 只要知道反射光线和底片颗粒的分布 ， 就能反推出130年前彩色照片背后原始光线 。
重建当年光彩
道理虽简单 ， 但是用在130年前的彩色照片上 ， 没那么容易 。
首先 ， 完美的金属应该100%反射光 ， 并且使反射光相位反转180度 。 实际上感光乳剂和水银接触面只反射了50%的光 ， 相位反转了148度 ， 这导致实际模拟结果会偏红色 。
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感光乳剂与空气的界面也有类似的影响 ， 会导致结果偏蓝 。
此外 ， 感光乳剂分布不均匀 ， 也会对结果造成影响 。 所以他们用X射线断层扫描 ， 重建了底片的3D图像 。
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在经过一系列复杂的数学建模后 ， 科学家们终于恢复了李普曼当初拍摄照片时的色彩 ， 并将这套算法开源在GitHub上 。
为了验证方法的可靠性 ， 他们拍摄了一组比色板的照片 ， 原始光线的恢复还是比较准确的 ， 但是由于底片染料对短波长光线的响应较弱 ， 这部分结果较差 。
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现在 ， EPFL的科学家们决定 ， 将李普曼130年前的技术用于当今数码相机时代 ， 拍摄的底片则换成了二氧化硅 。
他们用超快激光改变二氧化硅的折射率 ， 一样能造出干涉光效果 ， 相当于把彩色照片刻在玻璃板上 。
他们认为这项技术很有前景 ， 毕竟保持信息最长久的方法 ， 就是把信息刻在石头上 。
参考链接
[1]https://arstechnica.com/science/2021/06/physicists-unlock-multispectral-secrets-of-earliest-color-photographs/
[2]https://www.pnas.org/content/118/17/e2008819118
[3]https://www.youtube.com/watch?v=0lVaFdHd2Mo
[4]https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-04/epfd-uts041421.php
[5]https://github.com/LCAV/lippmann-photography
— 完 —
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_原题《得了诺奖的彩色照相术失传100多年 ， 现在终于被找回来了》
【乳剂|得了诺奖的彩色照相术失传100多年，现在终于被找回来了】阅读原文
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