ألهمنا "دوك ادغرتون" بالرهبة والفضول بهذه الصورة لرصاصة تخترق تفاحة وبتعرض للضوء بجزء من مليون من الثانية فقط. ولكن الآن، وبعد 50 عاماً يمكننا الذهاب أسرع بمليون مرة وأن نرى العالم ليس بسرعة مليون أو مليار ولكن تريليون إطار في الثانية.
Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity with this photo of a bullet piercing through an apple, and exposure just a millionth of a second. But now, 50 years later, we can go a million times faster and see the world not at a million or a billion, but one trillion frames per second.
أقدم لكم نوعاً جديداً من التصوير تصوير فيمتو (Femto) تقنية تصوير جديدة وسريعة لدرجة أنه يمكنها إنشاء فيديوهات بطيئة لضوء يتحرك. وبذلك، يمكننا صنع آلات تصوير يمكنها النظر حول الزوايا خارج إطار الرؤية أو النظر داخل أجسادنا دون أشعة سينية وأن تتحدى تعريفنا لآلة التصوير فعلاً.
I present to you a new type of photography, femto-photography, a new imaging technique so fast that it can create slow motion videos of light in motion. And with that, we can create cameras that can look around corners, beyond line of sight, or see inside our body without an x-ray, and really challenge what we mean by a camera.
الآن إذا أخذت مؤشر ليزر، وقمت بتشغيله وإيقاف تشغيله في جزء من التريليون من الثانية -- وهي فيمتوثوان معدودة -- سأقوم بإنشاء حزمة من الفوتونات بالكاد بعرض ملليمتر واحد وتلك الحزمة من الفوتونات، -تلك الرصاصة- سوف تسير بسرعة الضوء ومرة أخرى، مليون مرة أسرع من رصاصة عادية. إن أخذت تلك الرصاصة، وأخذت هذه الحزمة من الفوتونات وأطلقتها داخل هذه الزجاجة كيف ستتبعثر تلك الفوتونات في هذه الزجاجة؟ كيف يبدو الضوء بالعرض البطيء؟
Now if I take a laser pointer and turn it on and off in one trillionth of a second -- which is several femtoseconds -- I'll create a packet of photons barely a millimeter wide. And that packet of photons, that bullet, will travel at the speed of light, and again, a million times faster than an ordinary bullet. Now, if you take that bullet and take this packet of photons and fire into this bottle, how will those photons shatter into this bottle? How does light look in slow motion?
[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]
الآن، هذا الحدث كله -- (تصفيق) (تصفيق)
Now, the whole event -- (Applause)
الآن، تذكر أن هذا الحدث كله يجري فعلياً في أقل من نانو ثانية. — ذلك مقدار الوقت الذي يستغرقه الضوء للعبور — ولكنني سأقوم بإبطاء هذا الفيديو بمقدار 10 مليارات مرة حيث يمكنك أن ترى النور يتحرك.
Now remember, the whole event is effectively taking place in less than a nanosecond -- that's how much time it takes for light to travel. But I'm slowing down in this video by a factor of 10 billion, so you can see the light in motion.
بالمناسبة شركة كوكا كولا لم تدعم هذا البحث. (ضحك)
(Laughter)
But Coca-Cola did not sponsor this research.
(Laughter)
الآن، هناك الكثير يحدث في هذا الفيلم لذا دعوني اشرحه لكم وأريكم ما الذي يحدث. حسناا، تدخل النبضة الضوئية الزجاجة (الرصاصة في حالة التفاحة) مع حزمة من الفوتونات التي تبدأ في المرور عبرها وتبدأ في التبعثر داخلها. يتسرب بعض من الضوء ويسير على الطاولة وتبدأ في رؤية هذه التموجات الضوئية. العديد من الفوتونات تصل في نهاية المطاف إلى الغطاء ومن ثم تتبعثر في اتجاهات مختلفة. كما ترون، هناك فقاعة هواء وهي ترتد في الداخل. وفي الوقت نفسه، تنتشر الموجات الضوئية على الطاولة وبسبب الانعكاسات في الأعلى تشاهد في الجزء الخلفي من القنينة، بعد عدة لقطات انعكاسات الأمواج الضوئية بشكل مركز.
Now, there's a lot going on in this movie, so let me break this down and show you what's going on. So the pulse enters the bottle, our bullet, with a packet of photons that start traveling through and that start scattering inside. Some of the light leaks, goes on the table, and you start seeing these ripples of waves. Many of the photons eventually reach the cap and then they explode in various directions. As you can see, there's a bubble of air and it's bouncing around inside. Meanwhile, the ripples are traveling on the table, and because of the reflections at the top, you see at the back of the bottle, after several frames, the reflections are focused.
الآن، إذا أخذت رصاصة عادية وجعلتها تقطع نفس المسافة وأبطأت الفيديو مرة أخرى بمقدار 10 مليارات مرة، هل تعلم كم من الوقت سيكون عليك الجلوس هنا لمشاهدة هذا الفيلم؟
Now, if you take an ordinary bullet and let it go the same distance and slow down the video -- again, by a factor of 10 billion -- do you know how long you'll have to sit here to watch that movie?
يوم ، أسبوع؟ في الواقع، سنة كاملة. سيكون فيلما مملا للغاية — (ضحك) —
(Laughter) A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
لرصاصة عادية تتحرك ببطئ.
(Laughter) of a slow, ordinary bullet in motion.
وماذا عن تصوير العناصرالمليئة بالحية؟
And what about some still-life photography?
يمكنكم مجددا مشاهدة التموجات تعبر مرور الكرام على الطاولة الطماطم والجدار في الخلف. إنها مثل رمي حجر في بركة الماء.
You can watch the ripples, again, washing over the table, the tomato and the wall in the back. It's like throwing a stone in a pond of water.
اعتقدت أنه بهذه الطريقة ترسم الطبيعة لوحتها إطار فيمتو واحد في كل مرة ولكن بالطبع أعيننا ترى المشهد كمركب متكامل. ولكن إذا نظرتم إلى هذه الطماطم مرة أخرى سنلاحظ أنه مع مرور الضوء عبر الطماطم أنها ستستمر في التوهج. ولا تعود للظلام. لماذا ذلك؟ لأن الطماطم ناضجة فعلاً والضوء يرتدّ داخل الطماطم ويخرج بعد عدة أجزاء من التريليون من الثانية. لهذا في المستقبل، عندما تكون آلة تصوير الفيمتو هذه في آلة تصوير هاتفك قد تكون قادرا على الذهاب إلى سوق الخضار والتحقق مما إذا كانت الثمرة ناضجة دون لمسها فعليًا.
I thought: this is how nature paints a photo, one femto frame at a time, but of course our eye sees an integral composite. But if you look at this tomato one more time, you will notice, as the light washes over the tomato, it continues to glow. It doesn't become dark. Why is that? Because the tomato is actually ripe, and the light is bouncing around inside the tomato, and it comes out after several trillionths of a second. So in the future, when this femto-camera is in your camera phone, you might be able to go to a supermarket and check if the fruit is ripe without actually touching it. (Laughter)
اذاً كيف قام فريق في MIT (معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا) بإنشاء آلة التصوير هذه؟ كمصورين ، كما تعلمون أنه إذا أخذتم صورة بتعرض قصير للضوء ، ستحصل على القليل جداً من الضوء لكننا سنذهب بشكل أسرع بمليار مرة من أقصر تعرض للضوء وبالتالي فبالكاد سنحصل على أي ضوء. لذا، ما سنفعله هو أن نرسل تلك الرصاصة تلك الحزمة من الفوتونات، ملايين المرات مع اجراء تزامن ذكي جداَ ونسجل النتائج مرارا وتكرارا ومن الغيغابايتات الناتجة من البيانات فأننا ننسجها معاَ بشكل حسابي لإنشاء تلك الفيديوهات بتقنية الفيمتو كالتي عرضتها عليكم.
So how did my team at MIT create this camera? Now, as photographers, you know, if you take a short exposure photo, you get very little light. But we're going to go a billion times faster than your shortest exposure, so you're going to get hardly any light. So what we do is we send that bullet -- that packet of photons -- millions of times, and record again and again with very clever synchronization, and from the gigabytes of data, we computationally weave together to create those femto-videos I showed you.
ويمكننا أن نأخذ كل تلك البيانات الخام ونتعامل معها بطرق مثيرة جداً للاهتمام. مثلا، يمكن لسوبرمان أن يطير. بعض الأبطال الخارقين الآخرين يمكنهم أن يصبحوا غير مرئيين ولكن ماذا عن قوة جديدة للأبطال الخارقين المستقبليين: الرؤية حول الزوايا؟ الفكرة أنه يمكن تسليط بعض الضوء على الباب الذي سوف يرتد ويذهب إلى داخل الغرفة بعضه سينعكس رجوعاً على الباب ومن ثم رجوعاً إلى آلة التصوير ويمكن أن نستغل هذه الارتدادات المتعددة للضوء.
And we can take all that raw data and treat it in very interesting ways. So, Superman can fly. Some other heroes can become invisible. But what about a new power for a future superhero: To see around corners. The idea is that we could shine some light on the door, it's going to bounce, go inside the room, some of that is going to reflect back on the door, and then back to the camera. And we could exploit these multiple bounces of light.
ذلك ليس من الخيال العلمي. لقد بنيناه فعلا. على اليسار، ترى آلة تصوير الفمتو الخاصة بنا. وهناك تمثال مخفي وراء حائط وسنقوم بجعل الضوء يرتد عن الباب.
And it's not science fiction. We have actually built it. On the left, you see our femto-camera. There's a mannequin hidden behind a wall, and we're going to bounce light off the door.
بعد نشر بحثنا العلمي في مجلة نايتشر للاتصالات تم إبرازه على موقع (Nature.com) قاموا بإنشاء هذه الرسوم المتحركة.
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation. (Music)
(موسيقى)
[A laser pulse is fired]
سنطلق رصاصات الضوء تلك
(Music)
وستضرب هذا الجدار وبسبب حزمة الفوتونات ستتبعثر في كل الاتجاهات وبعضها سوف تصل إلى تمثالنا الخفي والذي بدوره سيبعثر ذلك الضوء مجدداً ومرة أخرى سيقوم الباب بدوره بعكس بعض من ذلك الضوء المبعثر وجزء صغير من الفوتونات سيقوم بالفعل بالعودة إلى آلة التصوير، ولكن بشكل أكثر إثارة للاهتمام ستصل جميعها في أوقات مختلفة قليلا. (موسيقى)
Ramesh Raskar: We're going to fire those bullets of light, and they're going to hit this wall, and because of the packet of the photons, they will scatter in all the directions, and some of them will reach our hidden mannequin, which in turn will again scatter that light, and again in turn, the door will reflect some of that scattered light. And a tiny fraction of the photons will actually come back to the camera, but most interestingly, they will all arrive at a slightly different time slot. (Music)
ونظراَ أنه لدينا آلة تصوير يمكن أن تعمل بسرعة كبيرة آلة تصوير الفيمتو هذه لديها بعض القدرات الفريدة من نوعها. حيث انها تتميز بدقتها الزمنية الجيدة جداً ويمكن أن ترى العالم بسرعة الضوء. وبهذه الطريقة، بالتأكيد لن نعرف المسافات إلى الباب فحسب ولكن أيضا للأجسام المخفية أيضاً ولكن لا نعرف أي نقطة تطابق أي مسافة. (موسيقى)
And because we have a camera that can run so fast -- our femto-camera -- it has some unique abilities. It has very good time resolution, and it can look at the world at the speed of light. And this way, we know the distances, of course to the door, but also to the hidden objects, but we don't know which point corresponds to which distance. (Music) By shining one laser, we can record one raw photo,
بتسليط ليزر واحد، يمكن أن نسجل صورة خام واحدة وننظر إلى الشاشة ولا نفهم شيئا منها ولكننا سنلتقط الكثير من أمثال هذه الصور والعشرات من مثل هذه الصور ونضعها معاً ونحاول تحليل الارتدادات المختلفة للضوء وبعد ذلك، هل يمكننا أن نرى الجسم الخفي؟ هل يمكننا أن نراه بأبعاده الثلاثة؟
which, if you look on the screen, doesn't really make any sense. But then we will take a lot of such pictures, dozens of such pictures, put them together, and try to analyze the multiple bounces of light, and from that, can we see the hidden object? Can we see it in full 3D?
وهذه هي إعادة التشكيل. (موسيقى) (موسيقى) (موسيقى) (تصفيق)
So this is our reconstruction. (Music) (Applause)
لا يزال أمامنا طريق طويل قبل أخذ هذا خارج المختبر إلى الحياة العملية ولكن في المستقبل يمكن أن ننشئ سيارات تتجنب التصادم مع ما هو خلف المنعطف أو يمكننا أن ننظر للناجين في ظروف محفوفة بالمخاطر بالنظر إلى الضوء المنعكس من خلال النوافذ المفتوحة أو يمكننا أن نبني مناظير يمكنها النظر بعمق داخل الجسم الموجود حول الممرات المغلقة وكمناظير لباطن القلب. ولكن بالطبع، بسبب الأنسجة والدم يعد هذا تحدٍ كبير، لذا هذه دعوة للعلماء لبدء التفكير في تصوير الفيمتو كنمط تصوير جديد لحل الجيل القادم من مشاكل التصوير الصحي.
Now, we have some ways to go before we take this outside the lab on the road, but in the future, we could create cars that avoid collisions with what's around the bend. Or we can look for survivors in hazardous conditions by looking at light reflected through open windows. Or we can build endoscopes that can see deep inside the body around occluders, and also for cardioscopes. But of course, because of tissue and blood, this is quite challenging, so this is really a call for scientists to start thinking about femto-photography as really a new imaging modality to solve the next generation of health-imaging problems.
الآن، مثل العالم (Doc Edgerton) العلم أصبح فنا، فن للتصوير فائق السرعة وأنا أدرك أن كل الغيغابايتات من البيانات التي نجمعها كل مرة ليست فقط تصويراً لغايات علمية ولكن يمكننا كذلك القيام بنموذج جديد للتصوير الحسابي مع تمرير الزمن والترميز اللوني مع النظر إلى تلك التموجات الضوئية. تذكر أن الفترة الزمنية بين كل من تلك التموجات هي فقط أجزاء قليلة من الترليون من الثانية.
Now, like Doc Edgerton, a scientist himself, science became art -- an art of ultra-fast photography. And I realized that all the gigabytes of data that we're collecting every time, are not just for scientific imaging. But we can also do a new form of computational photography, with time-lapse and color coding. And we look at those ripples. Remember: The time between each of those ripples is only a few trillionths of a second.
لكن هناك أيضا شيء مضحك يحدث هنا. عندما ننظر إلى التموجات تحت غطاء القنينة إن التموجات تتجه بعيداً عنا. ينبغي أن تكون التموجات تتحرك نحونا. ما الذي يحدث هنا؟
But there's also something funny going on here. When you look at the ripples under the cap, the ripples are moving away from us. The ripples should be moving towards us. What's going on here?
كما تبين، نظراً لأننا تقوم بتسجيله تقريبا بسرعة الضوء لدينا آثار غريبة وكان أينشتاين ليحب رؤية هذه الصورة. الترتيب الذي تجري عليه الأحداث في العالم يظهر على آلة التصوير أحيانا بالترتيب العكسي وبالتالي بتطبيق اﻻعوجاج الزمني والمكاني الموافق يمكننا تصحيح هذا التشويه.
It turns out, because we're recording nearly at the speed of light, we have strange effects, and Einstein would have loved to see this picture. (Laughter) The order at which events take place in the world appears in the camera sometimes in reversed order. So by applying the corresponding space and time warp, we can correct for this distortion.
بالتالي في حال كانت لغاية التصوير حول الزوايا أو إنشاء الجيل المقبل من التصوير الصحي أو خلق تصورات جديدة. منذ اختراعنا هذا ,قمنا بجعل المحتوى مفتوحاً كافة البيانات والتفاصيل على موقعنا على شبكة الإنترنت، وأملنا في أن تقوم مجتمعات DIY "اصنعها بنفسك "، والمجتمعات البحثية والإبداعية أنه يجب أن نتوقف عن الاحساس بالهوس حول مقدار الميغابكسل في آلات التصوير — (ضحك) — ونبدأ بالتركيز على البعد القادم في التصوير. فقد حان الوقت. شكرا لكم. (تصفيق)
So whether it's for photography around corners, or creating the next generation of health imaging, or creating new visualizations, since our invention, we have open-sourced all the data and details on our website, and our hope is that the DIY, the creative and the research communities will show us that we should stop obsessing about the megapixels in cameras -- (Laughter) and start focusing on the next dimension in imaging. It's about time.
(تصفيق)
Thank you. (Applause)