你可能知道電影是什麼時候誕生的，但未必知道它們是如何在你眼裡成為連貫的影片的——原因就在於電影在攝影和放映時，都會將幀率調整為24幅/s，這個參數與人眼的時間分辨能力是一致的，因此雖然電影是不連續放映的，但在人眼看來卻形成了連貫的影像。
也正因為人眼有這麼一個局限，使得一些更高速的運動，人眼就無法完全捕捉了，這時候我們就需要借助外力，讓動作變慢，以確保可以完整觀看到——高速攝影技術，就是為此應運而生的產物。
高速相機的原理
想要進行高速攝影，就需要依靠高速相機，後者是工業相機的一種，具有高圖像穩定性、高傳輸能力和高抗幹擾能力的優勢。不過在成像原理上，工業相機與民用相機是沒有區別的，都是依靠把光學圖像信號轉變為電信號，以實現存儲和傳輸的目的。而目前使用的最廣泛的就是CCD或CMOS晶片。在這裡我們簡單描述一下二者的不同之處。
CCD即電荷耦合器，是一種特殊的半導體材料，由大量獨立的光敏元件按矩陣排列而成，通常以百萬像素為單位，而像素多少也就意味著CCD上有多少感光組件。在進行拍攝時，景物反射的光線通過相機的鏡頭透射到CCD上，被轉換成電荷（每個元件上的電荷量取決於它所受到的光照強度），再由控制晶片利用感光元件中的控制信號線路，對光電二極體產生的電流進行控制，將一次成像產生的電信號收集起來，統一輸出到放大器，經過放大和濾波後的電信號被送到A/D（模/數轉換器），經其處理後變成數位信號，最終壓縮後存入緩存內，形成最終的照片。
而CMOS和CCD一樣都是可用來感受光線變化的半導體，但它屬於互補性金屬氧化物半導體，可細分為被動式與主動式兩種。CMOS本身是電腦上採用的一種主要晶片，1999年首次被XirLink公司做成影像感測器推向市場，其核心結構上的每個像素點由一個感光電極、一個電信號轉換單元、一個信號傳輸電晶體，以及一個信號放大器所組成，當CMOS感受到光線之後，會經光電轉換後使電極帶上負電和正電，前者的互補效應會產生電信號，再被A/D轉換器上再被處理晶片記錄和解讀成影像資料。
高速攝影技術是重點
然而僅僅是高速相機還不足夠，高速攝影技術也是必不可少的手段。其在資訊理論中的定義為——對於一個人眼無法跟隨的高速流逝過程，高速攝影提供了一個耦合的時空資訊系列，其中空間資訊用圖像來表示，時間資訊用拍攝頻率來表示。
總的來說，高速攝影是一種拍攝速度很快，曝光時間很短的一種攝影方法，再依靠“快攝慢放”的技術，最終將快速變化的運動過程，放慢到人眼的視覺的時間分辨程度，使人能夠得以觀察。而這也就意味著在高速攝影時，其拍攝頻率(幀/秒)必須與物體運動變化的速率達到同步，變化越快的運動會要求越高的拍攝頻率。
值得一提的，閃光在高速攝影中的作用是最重要的，人類歷史上第一次真正意義的高速攝影就是靠速度為1/2000秒的閃光拍攝出了“靜止”的運動畫面，此外，2008年美國人塞勒所拍攝的子彈穿過香煙的照片，雖然其使用的尼康D90相機快門速度最高只有1/4000秒，遠遠跟不上300m/s左右的子彈的速度，但是操作者通過先將快門提前打開一秒，借由子彈觸發雷射光束點亮2萬伏微秒級的閃光燈，並在閃光燈閃亮的那一刻完成拍攝，從而完成了對於該照片的捕捉——因為當閃光以微秒計的時候，即便快門時間以秒計，最終保存在感測器上的仍舊只有閃光下的幾微秒的圖像而已，這就使得高速運動中的物體能夠被清晰的捕捉下來。
高速攝影最新成果——每秒4.4萬億！
最初在相機曝光需要達到數十分鐘的時代，以秒計數就已經可以被稱為是高速攝影，但到了當下，高速攝影起點就定在了數千分之一秒左右，甚至幾億分之一秒甚至幾兆分之一秒的也不罕見了，而據最新的消息顯示，日本有科學家開發出了一種新型的高速相機，其光敏元件幀間隔達每秒4.4萬億幀，足以領先之前的高速相機一千倍之多。而之所以能夠實現這樣的效果，原因在於其使用了一項名為“連續定時全光學映射攝影”的技術，簡單來說其是一個基於運動的飛秒成像攝影術，即先對拍攝目標的空間輪廓進行光學映射，再使用脈衝模式相機發出極短的單脈衝串進行圖像採集，因而能夠實現一次成像，而無需像之前一樣反復測量。
而由於在感測器面積一定的情況下，影像的兩大主要參數——幀率與解析度之間存在一定的制衡，因此當幀率提高，那麼解析度就會下降，這也是為何這款超高速相機拍攝的照片解析度只有450×450的緣故。
而4.4萬億這個數字，是在該成果得到的影片幀率為229fs的基礎上計算得來的，fs是指飛秒，即千萬億分之一秒，而1/229fs則就等於4.36萬億，而事實上，這個數字也只能被計算出來，因為它已經無法被測量了。
高速攝影能上知天文下知地理
高速攝影目前最廣泛的應用，是安裝在流水線上代替人工來進行監測，其通過數位圖像拍攝目標後轉換成圖像信號（採集），再傳送給專用的影像處理系統（傳輸），然後影像處理系統再對這些信號進行各種運算來抽取目標特徵（計算），最後依據判別結果控制現場設備（回饋）。
舉個例子，當流水線在灌裝飲料時，速度這項指標非常重要，因為過快會導致瓶身爆裂，過慢就會增加耗時與成本，想要達到最完美的成果，就需要確定最合適的速率，而這就要借助於高速攝影來實現了。
除此之外，高速攝影還廣泛應用於軍事（例如彈道分析）、製藥（細胞運動）、影視（動畫特效）、化工（噴流流體分析）、印刷（檢測高速印刷時可能存在的印刷缺陷）等行業，而在超高速相機的輔助下，還可以實現對化學反應瞬間、等離子體動力學、晶格振動波、熱傳導等現象進行拍攝。例如美國人就以每秒1000億幀的速率拍攝下了光在鏡面上反射的過程（見上圖）。
比起工業用途，民用高速攝影往往更富創造性
由於高速相機屬於工業用相機，因此很多人可能會連帶認為高速攝影不能夠應用於個人和民用市場，但這是錯誤的。比如最受大眾使用者歡迎的拍照設備iPhone 6，它就可以720P的解析度下拍攝240fps的影像，而定位極限運動愛好者的GoPro也同樣可以實現高速拍攝，雖然它們不如工業用高速相機，那麼專業和極致，但已經足夠用戶驚歎一聲“Cool”了。
一般來說，常見的高速攝影場景，包括對於運動中的孩子或寵物的動作捕捉，像蕩在秋千上的小孩、滑雪場上騰空翻滾的英姿、高速飛行的鳥類等等，之前有人用iPhone 6的高速攝影功能拍攝過一隻剛從水裡出來的狗甩動身體的動作，狗的皮膚就伴隨著身體的動作來回甩動，非常有趣。
或者你也可以自己嘗試拍攝水與火，這兩種高速攝影常見的題材，比如往空杯子裡倒水，或者是點燃一個乒乓球——然後你就會發現，這些原本轉瞬即逝，甚至你以為無法被看到和記錄的東西，它們不但富有著別樣的精彩，也可以成就你的個性化攝影佳作。
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