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新上市的“透视”手机是什么原理?其实摄影圈早就在用了

万物杂志 · 2020-05-21
还有比它更透视的呢

编者按:本文来自微信公众号“把科学带回家”(ID:steamforkids),作者:七君,36氪经授权发布。

世界上已经出现了各式初级隐身技术,虽然还够不上哈利波特同款,但在某些情况下还是挺好用的。那么,看穿别人衣物的火眼金睛技术有没有出现呢?

2014年, 罗切斯特大学的 Joseph Choi 发明的隐身光学设备。

最近,某手机品牌推出了一款新手机,它的“秋意”滤镜具有“透视”功能,能够看穿某些材料下面的图案。

这款手机一出,网友炸了:它能不能过滤人的衣服呢?

经各路网友测试,该手机只能看穿非常薄的塑料,比如电视机遥控器的外壳,苹果机顶盒的外壳,以及非常薄的T恤,并不能看穿更厚的衣服。

全棉T不行——

刮刮卡不行——

太阳眼镜可以——

有一个大胆想法的同学们可以把这个想法垃圾分类一下。

但不管怎么说,它还是会引发各种不适。5月19日凌晨,一加手机在微博上致歉,并表示暂停该滤镜。

那么,这种手机到底使用了什么技术呢?

实际上,它利用了红外摄像技术。

红外线和光一样,属于电磁波,只不过它们的波长比较长,人眼看不到。

发热的物体,比如人体会释放红外线,利用不同物体发出的红外线,就可以看到肉眼不该看到的东西了。

X27夜视摄像机拍摄到的夜晚画面

而一些摄影器材能够捕捉红外线,比如红外摄像机,还有夜视摄像机。灭火时消防员会用红外摄像机寻找建筑物里的人;军方作战用的夜视镜也是利用相同的原理。

在摄影圈,有专门用红外感光设备拍摄的艺术流派,一加的技术对于玩摄影的人来说完全不是秘密。

利用红外线的摄影

总而言之,红外摄像技术并不新颖,只不过由于存在隐私风险,在大众消费品领域是个禁忌。

往远了说,1998年,索尼就曾经出过事。当时它家推出了一款带夜视功能的摄录机。

1998年上市并被召回的索尼摄录机

这款摄录机也是利用红外技术拍摄,且它的技术强大到可以过滤泳衣。后来,索尼召回了这款摄录机。

一加之外,现在也有一些手机出现了红外摄像头。比如,苹果家的 Iphone X手机推出的 Face ID 和配套的 TrueDepth 红外摄像头和传感器也是利用红外线实现人脸识别的。

Face ID在运作时,会发射红外线,扫描人脸。

最左边这个摄像头就可以读取红外线数据。第二个就是红外线发射仪。最右边的方块可以投射3万个红外光点。

接着,Iphone X手机自带的软件对红外数据进行分析,然后解锁手机。

虽然在普通玩家手里,这种红外摄像头只能用于扫脸,但也有高级玩家破解了它,并用它拍到了塑料外壳下的图案——

此外,也有些法外狂徒专门改装了摄录机。这是某款被改装的 VHS 摄录机在880纳米的红外线下拍到的画面——

这就是具有热红外视力的白娘子看到的世界吧,这么说起来许仙在她眼里一直是薄码的。人类没有演化出白娘子那样的视力,大概是为了避免自己变成蛇精病吧。

不管以后会不会再次出现类似的透视手机或摄像机,你肯定想知道哪些材料在红外线下是透明的。

由于太阳能板等设备需要能够对红外线透光的材料,因此科学家们也在研发在红外线下透明的物质。我们通过相关的研究就可以了解不同材料对红外线的透光性。

首先来看看塑料。

2003年,一篇发表在 Energy Conversion and Management 上的研究比较了不同塑料的对红外线的透过率,也就是允许红外线透过的能力。

用聚乙烯制作的塑料包装

该研究发现,在同等厚度和光源温度的情况下,聚丙烯(PP,是纺织品、文具的常见材料)和聚乙烯(PE,用于制造塑料袋、塑料瓶)在红外线下比较透明。如果只看人体温度范围的透过率,依旧是聚丙烯和聚乙烯最透。

外壳口罩的外层和内部的熔喷棉就是聚丙烯制作的

亚克力(有机玻璃)、麦拉膜、聚酰亚胺(航天气密材料)和玻璃钢(头盔、体育器材)的红外线透过率稍差。

聚氯乙烯(银行卡、会员卡、非食品包装、黑胶唱片)、聚碳酸酯(CD光盘、桶装水桶、婴儿奶瓶、树脂镜片)、聚氟乙烯(雨衣)的红外透过率处于中游。

矿泉水瓶因为是PET制作的,常被回收制造衣物纤维。

至于经常被用来做衣服的 PET 塑料(点我查看塑料瓶如何变身成衣服),它对某些波段的红外线也有很好的透过率,因此也有被红外摄像机看穿的可能。

除了容易透红外线的塑料,还有更有趣的无机材料,它们在普通灯光下它们完全不透明,但是在红外线下却里外通透。

硅就是一个典型。在可见光下,硅是不透明的,但是在红外线下它是透明的。

在红外线(右下角)下,硅是透明的。

这是怎么回事呢?

具体来讲,材料是否透光取决于是否有自由电子。有自由电子的物质,比如金属就是不透明的。

硅是非金属,没有自由电子(不导电),但是硅原子之间可以形成共价键。如果入射光光子的能量大于共价键的能量,那么光子就会被吸收,同时共价键就会断裂,出现自由电子,并产生光电流。

但是如果光子的能量不够,那么它就不会被吸收,共价键不会破裂,而光子就可以毫发无伤地穿过材料,材料对光子来说就是“透明的”。

对于硅来说,能够拆家的光子波长是1.1微米,正处于红外波段。所以硅对于某些波段的红外线来说是透明的,但是到了能量更高的可见光波段,就变成不透明的了。

和硅类似,同样也是共价键半导体的砷化镓用肉眼看也不透明,但是在红外线下宛若隐形。大多数塑料这样的聚合物内部也是共价键,也没有什么自由电子,它们能透一部分红外线也是基于类似的原理。

砷化镓片 图片来源:wikipedia

更有趣的是,和硅以及砷化镓一样,几乎所有的绘画颜料都在可见光下不透明,但在红外线下完全透明。这是因为绘画颜料几乎都是氧化物或硫化物,它们的共价键没有办法吸收红外线。

由于大多数绘画颜料对红外线透明,梵高对画作 La Mousmé (1888)在红外线(1.2微米和1.6微米的叠加)照射下几乎变成了全黑。

图片来源:Scientific Examination of Art: Modern Techniques in Conservation and Analysis (2005)

总之为了防止红外相机偷拍,大家最好用金属物质给自己打码,千万别用半导体什么的遮挡就对了。

说到底,在透视方面,红外摄像技术并不是最犀利的。

美国、欧盟的一些机场就配有人体扫描安检仪。一些人体扫描安检仪采用的是微波反射技术,它能用高频无线电波扫描人体表面,制作图像。大家可以观摩一下微波反射技术的效果——

利用微波反射技术的人体扫描安检仪图像 图片来源:tech wire asia

这可比红外摄像这种半遮不遮的要粗暴多了。显然,因为效果拔群,人体扫描安检仪也引起了很大的隐私争议,在一些国家(如英国)被禁了。

黑夜给了你黑色的眼睛,有人却想用它看红外小电影...

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