你可能知道电影是什么时候诞生的，但未必知道它们是如何在你眼里成为连贯的影片的——原因就在于电影在摄影和放映时，都会将影格率调整为每秒 24 格，这个参数与人眼的时间分辨能力是一致的，因此虽然电影是不连续放映的，但在人眼看来却形成了连贯的影像。
也正因为人眼有这么一个局限，使得一些更高速的运动，人眼就无法完全捕捉了，这时候我们就需要借助外力，让动作变慢，以确保可以完整观看到——高速摄影技术，就是为此应运而生的产物。
高速相机的原理
想要进行高速摄影，就需要依靠高速相机，后者是工业相机的一种，具有高图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力的优势。不过在成像原理上，工业相机与民用相机是没有区别的，都是依靠把光学图像信号转变为电信号，以实现储存和传输的目的。而目前使用的最广泛的就是 CCD 或 CMOS 芯片。在这里我们简单描述一下二者的不同之处。
CCD 即感光耦合原件，是一种特殊的半导体材料，由大量独立的光敏元件按矩阵排列而成，通常以百万画素为单位，而画素多少也就意味着 CCD 上有多少感光组件。在进行拍摄时，景物反射的光线透过相机的镜头透射到 CCD 上，被转换成电荷（每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度），再由控制芯片利用感光元件中的控制信号线路，对光电二极管产生的电流进行控制，将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器，经过放大和滤波后的电信号被送到 A/D（类比 / 数位转换器），经其处理后变成数位信号，最终压缩后存入缓存内，形成最终的照片。
而 CMOS 和 CCD 一样都是可用来感受光线变化的半导体，但它属于互补性金属氧化物半导体，可细分为被动式与主动式两种。CMOS 本身是电脑上采用的一种主要芯片，1999 年首次被 XirLink 公司做成影像感测器推向市场，其核心结构上的每个画素点由一个感光电极、一个电信号转换单元、一个信号传输晶体管，以及一个信号放大器所组成，当 CMOS 感受到光线之后，会经光电转换后使电极带上负电和正电，前者的互补效应会产生电信号，再被 A/D 转换器上的处理芯片记录和解读成影像资料。
高速摄影技术是重点
然而仅仅是高速相机还不足够，高速摄影技术也是不可少的手段。其在信息论中的定义为——对于一个人眼无法跟随的高速流逝过程，高速摄影提供了一个耦合的时空资讯系列，其中空间资讯用图像来表示，时间资讯用拍摄频率来表示。
总的来说，高速摄影是一种拍摄速度很快，曝光时间很短的一种摄影方法，再依靠“快摄慢放”的技术，最终将快速变化的运动过程放慢到人眼视觉的时间分辨程度，使人能够得以观察。而这也就意味着在高速摄影时，其拍摄频率（张 / 格）必须与物体运动变化的速率达到同步，变化越快的运动会要求越高的拍摄频率。
值得一提的是，闪光在高速摄影中的作用是最重要的，人类历史上第一次真正意义的高速摄影就是靠速度为 1/2,000 秒的闪光拍摄出了“静止”的运动画面；此外，2008 年美国人塞勒所拍摄的子弹穿过香烟的照片，虽然其使用的 Nikon D90 相机快门速度最高只有 1/4,000 秒，远远跟不上 300m/s 左右的子弹的速度，但是操作者透过先将快门提前打开一秒，借由子弹触发激光光束点亮 2 万伏微秒级的闪光灯，并在闪光灯闪亮的那一刻完成拍摄，从而完成了对于该照片的捕捉——因为当闪光以微秒计的时候，即便快门时间以秒计，最终保存在感测器上的仍旧只有闪光下的几微秒的图像而已，这就使得高速运动中的物体能够被清晰的捕捉下来。
高速摄影最新成果——每秒 4.4 万亿张！
最初在相机曝光需要达到数十分钟的时代，以秒计数就已经可以被称为是高速摄影，但到了当下，高速摄影起点就定在了数千分之一秒左右，甚至几亿分之一秒、几兆分之一秒的也不罕见了，而据最新消息显示，日本有科学家开发出一种新型的高速相机，其感光元件帧间隔达每秒 4.4 万亿张，足以领先之前的高速相机一千倍之多。而之所以能够实现这样的效果，原因在于其使用了一项名为“连续定时全光学映射摄影”的技术，简单来说其是一个基于运动的飞秒成像摄影术，即先对拍摄目标的空间轮廓进行光学映射，再使用脉冲模式相机发出极短的单脉冲串进行图像采集，因而能够实现一次成像，而无需像之前一样反复测量。
而由于在感测器面积一定的情况下，影像的两大主要参数——影格率与分辨率之间存在一定的制衡，因此当画面更新率提高，分辨率就会下降，这也是为何这款超高速相机拍摄的照片分辨率只有 450×450 的缘故。
而 4.4 万亿这个数字，是在该成果得到的影片画面更新率为 229fs 的基础上计算得来的，fs 是指飞秒，即千万亿分之一秒，而 1/229fs 就等于 4.36 万亿，而事实上，这个数字也只能被计算出来，因为它已经无法被测量了。
高速摄影能上知天文下知地理
高速摄影目前最广泛的应用，是安装在管线上代替人工来进行监测，其透过数位图像拍摄目标后转换成图像讯号（采集），再传送给专用的影像处理系统（传输），然后影像处理系统再对这些信号进行各种运算来抽取目标特征（计算），最后依据判别结果控制现场设备（回馈）。
举个例子，当管线在灌装饮料时，速度这项指标非常重要，因为过快会导致瓶身爆裂，过慢就会增加耗时与成本，想要达到最完美的成果，就需要确定最合适的速率，而这就要借助高速摄影来实现了。
除此之外，高速摄影还广泛应用于军事（例如弹道分析）、制药（细胞运动）、影视（动画特效）、化工（喷流流体分析）、印刷（检测高速印刷时可能存在的印刷缺陷）等行业，而在超高速相机的辅助下，还可以实现对化学反应瞬间、等离子体动力学、晶格振动波、热传导等现象进行拍摄。例如美国人就以每秒 1,000 亿张的速率拍摄下了光在镜面上反射的过程。
比起工业用途，民用高速摄影往往更富创造性
由于高速相机属于工业用相机，因此很多人可能会连带认为高速摄影不能够应用于个人和消费市场，但这是错误的。比如最受大众使用者欢迎的拍照设备 iPhone 6，它就可以 720P 的分辨率下拍摄 240fps 的影片，定位极限运动爱好者的 GoPro 也同样可以实现高速拍摄，虽然它们不如工业用高速相机那么专业和极致，但已经足够用户惊叹一声“Cool”了。
一般来说，常见的高速摄影场景，包括对于运动中的孩子或宠物的动作捕捉，像在荡秋千上的小孩、滑雪场上腾空翻滚的英姿、高速飞行的鸟类等，之前有人用 iPhone 6 的高速摄影功能拍摄一只刚从水里出来的狗甩动身体的动作，狗的毛发就伴随着身体的动作来回甩动，非常有趣。
或者你也可以自己尝试拍摄水与火这两种高速摄影常见的题材，比如往空杯子里倒水，或者是点燃一颗乒乓球——然后你就会发现这些原本转瞬即逝、甚至你以为无法被看到和记录的东西，不但富有特别的精彩，也可以成就你的个性化摄影佳作。
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