图1 加布里埃尔·李普曼(图源：维基百科)
19世纪，人们利用感光卤化银实现了黑白照片的制作。在此基础上，1866年夏，李普曼对着一张黑白照的全家福，开始了对彩色摄影技术的研究。1891年，他实现了这一目标，并制作了彩色玻璃窗、橙子、彩色鹦鹉以及风景和肖像照(图2)的彩色图像。
图2 李普曼用开创性的方法制作彩色照片来捕捉这幅自画像(图源：PNAS)
李普曼的彩色照相技术利用的是光的干涉原理，他将带有感光乳剂的平板放入一个装有水银的盒子中，在曝光期间，水银与感光乳剂接触，形成了一个反射面，曝光后，按照普通方法把感光板进行处理，待该板干了以后，颜色就出现了，这种色彩可以通过反射呈现，且永久不褪。
这是因为在曝光期间，入射光与被反射面反射的光线发生干涉，从而在半波长处形成了干涉条纹。入射光线以条纹的形式记录在感光乳剂中，留下了投射光线的特征。当用白光以垂直角度从正面照射观察底片时，如果所记录的光波长与入射光的波长相匹配，它就会被反射回观察者，而其它波长会被银颗粒吸收或散射，或者被板背面的黑色抗反射涂层吸收。正是由于这种选择性反射，底片上的每一点只把那些已记录在其上经过选择了的颜色反射到人们眼中，因此，人们在照片上每一点都能够看到像所呈现的颜色。
这种彩色图像的特别之处在于，时至今日，普通照片技术也大多只是记录红、绿、蓝三种基本颜色的值，并通过混合三基色创建其他颜色。但李普曼底片能够在可见光波段捕获26到64条光谱信息，是已知最早的多光谱成像技术。
这一方法是彩色摄影发展中的重要一步，并且为丹尼斯·加博尔于20世纪40年代发明的光学全息摄影技术和大部分现代干涉成像技术奠定了基础。
然而，由于这种彩色摄影法需要较长的曝光时间，产生的颜色不饱和，并且难以大量复制，这一方法并未能被主流摄影技术采用，最终被麦克斯韦的三色照相法所取代，在今天几乎已经被完全遗忘了。
对于这项“有史以来最早的多光谱测量技术”，来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员有机会接触了到了原版李普曼底片，并有了重大的发现。
研究人员等人复刻了这项100多年前的照相技术，复原了历史场景的原始光线，创建了原始照片的数字副本，并将论文 Shedding light on 19th century spectra by analyzing Lippmann photography 发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)。
首先，研究人员利用玻璃基底、感光乳剂和水银制作了李普曼底片。
之后，为了复原出照片所拍摄的历史场景的原始光线，他们对光谱的复原方法展开了研究，分析了反射介质层以及感光乳剂的厚度对复原效果的影响，建立了光谱复原模型，并对模型进行了验证。
最后，他们分别对1891-1899年间李普曼拍摄的萨斯费山谷以及理查德·诺伊豪斯(Richard Neuhauss)于1899年拍摄的鹦鹉进行了复原。
图3 两张历史照片的光谱复原(图源：PNAS)
研究人员认为重新审视李普曼的照相技术能够对当今科技提供新的思路，有利于未来技术的发展，能够应用于多光谱照相机、印刷和显示设计等方面。
研究人员重建了李普曼照相术背后的物理原理，并基于这一原理构建了数字李普曼多光谱相机原型。此外，他们对多光谱图像的合成也非常感兴趣，目前正在研究利用飞秒激光局部改变基板(如二氧化硅)折射率的方法，实现不依赖于光化学方法的李普曼多光谱成像。
作者：KiKi(清华大学博士后)
