一年多以前，加州理工学院的王立宏研发出了全球速度最快的相机，每秒可拍摄10万亿张照片。它的速度快到甚至能捕捉慢动作中传播的光。
但有时，仅仅速度快是不够的。事实上，即便是速度最快的相机，也无法拍摄其看不见的事物。为此，王教授（医学工程与电气工程布伦讲席教授）研发了一款新型相机，能够以每秒最高1万亿张的速度拍摄透明物体的画面。该相机的论文发表于1月17日出版的《科学进展》期刊上。《科学进展》。
王教授将这项相机技术称为相位敏感压缩超快摄影（pCUP）。它不仅能拍摄透明物体的视频，还能拍摄冲击波等更加短暂的事物，甚至可能拍摄神经元之间传递的信号。
王教授解释道，他的新成像系统将他此前研发的高速摄影系统与一项旧技术相结合，即相差显微术。该技术旨在更好地对大多为透明的物体（如主要由水构成的细胞）进行成像。
相差显微术由荷兰物理学家弗里茨·泽尔尼克于近100年前发明，其原理是利用光波在进入不同介质时速度减慢和加快的特性。例如，当一束光穿过一块玻璃时，它进入玻璃后速度会减慢，离开玻璃后又会重新加快。速度的这些变化会改变光波的时序。通过一些光学技巧，就能将穿过玻璃的光与未穿过玻璃的光区分开来，于是虽然玻璃是透明的，却变得更容易看清。
“我们所做的，是对标准相差显微术加以调整，使其能够实现非常快速的成像，从而让我们得以对透明材料中的超快现象进行成像，”王教授说。
该系统的快速成像部分由王教授所称的无损编码压缩超快技术（LLE-CUP）构成。与大多数其他超快视频成像技术不同，这些技术是通过连续拍摄一系列图像并重复事件过程来实现的，而LLE-CUP系统只需拍摄一次，即可捕捉拍摄这一次所需时间内发生的全部运动。由于单次拍摄远快于多次拍摄，LLE-CUP能够捕捉那些过快而无法被更典型的相机技术成像的运动，例如光本身的移动。
在这篇新论文中，王教授及其同事通过对水中冲击波的扩散以及激光脉冲穿过一块晶体材料的过程进行成像，展示了pCUP的各项能力。
王教授表示，尽管该技术仍处于早期发展阶段，但最终可能会在物理学、生物学或化学等多个领域得到应用。
“信号在神经元之间传递时，神经纤维会出现极其微小的扩张，这是我们希望观察到的。如果我们拥有一个神经元网络，或许就能实时观察它们之间的通信，”王教授说。此外，他表示，由于已知温度会改变相位对比度，该系统“或许能够对火焰锋面在燃烧室中的扩散过程进行成像”。
描述pCUP的论文题为“单次拍摄实现透明物体的皮秒级分辨率相位敏感成像”。合著者包括医学工程博士后学者金泰宇，以及两位前加州理工学院成员梁金阳和朱立仁。
该研究由美国国立卫生研究院提供资助。王立宏是加州理工学院陈天桥与陈琦欣神经科学研究所的附属教职人员。
