Док Еджертън ни вдъхнови с възхищение и любопитство с тази снимка на куршум пронизващ ябълка, и експозиция samo от милион от секундата. Но сега, 50 години по-късно, можем да сме милион пъти по-бързи и да видим света не с милион или с милиард, а с трилион кадри в секунда.
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.
Представям ви нов тип фотография, фемто-фотография, нов технически похват за изображения, който е толкова бърз, че може да създава филм в забавен каданс на движеща се светлина. С този похват можем да правим камери, които виждат зад ъгли, извън линията на погледа, или виждат вътре в тялото ни без рентгенови лъчи, и наистина подлагат на изпитание самото значение на думата "фотоапарат".
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.
Ако взема една лазерна показалка и я включа и изключа за една трилионна от секундата, което е няколко фемтосекунди, ще създадам пакет от фотони едва няколко милиметра широки и този пакет от фотони, този куршум, ще се движи със скоростта на светлината, т.е. милион пъти по-бързо от обикновен куршум. Ако вземете този куршум и този пакет от фотони и го изстреляте в тази бутилка, как тези фотони ще се разбият в тази бутилка? Как изглежда това в забавено движение?
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]
Сега, цялото събитие -- (аплодисменти) (аплодисменти)
Now, the whole event -- (Applause)
Спомнете си, че цялото събитие в действителност отнема по-малко от една наносекунда - толкова дълго отнема на светлината да пропътува, но съм забавил този клип 10 милиарда пъти, за да може да видите светлината в движение.
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.
Но "Кока-Кола" не е спонсор на това изследване. (Смях)
(Laughter)
But Coca-Cola did not sponsor this research.
(Laughter)
Много неща се случват в този клип, така че позволете ми анализирам и да ви покажа какво се случва. Пулсът влиза в бутилката, куршума ни, с пакет фотони, които започват да се движат и започват да се разпръскват вътре. Част от светлината се процежда, минава върху масата, и започвате да виждате тези вълнички. Много от фотоните достигат накрая капачката и след това експлодират в различни посоки. Както виждате, име един балон от въздух, и той подскача вътре. Междувременно, вълничките подскачат по масата и поради отраженията на върха, виждате задната част на бутилката и след няколко кадъра, отраженията са фокусирани.
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.
Ако вземете обикновен куршум и той премине същото разстояние и забавите видеото отново до 10 милиарда пъти, знаете ли колко време ще трябва да гледате този филм?
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?
Един ден, една седмица? Цяла година. Ще бъде много скучен филм - (Смях) -
(Laughter) A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
на бавен, обикновен куршум, който се движи.
(Laughter) of a slow, ordinary bullet in motion.
Какво ще кажете за фотографиране на природата?
And what about some still-life photography?
Можете да гледате вълничките как мият масата, доматът и стената в дъното. Това е като хвърляне на камък в езеро с вода.
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.
Мислех, че по този начин природата създава фотография, по един фемто-кадър, но разбира се, очите ни виждат цялата картина. Но ако погледнете този домат, ще забележите, че като светлината осветява домата, той свети. Той не потъмнява. Защо? Защото доматът е зрял и светлината минава през домата, и излиза след няколко трилиона от секундата. В бъдеще, когато тази фетмо-камера ще се намира в камерата на телефона ви, ще можете да отидете до супермаркет и да проверите, дали плода е зрял, без да го докосвате.
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)
Как екипът ми в МИТ създаде тази камера? Като фотографи знаете, че, ако заснемете фотография, използвате много малко светлина, но ще снимаме милиард пъти по-бързо, отколкото най-кратката експонация, така че, няма да използвате почти никаква светлина. Изпращаме този куршум, този пакет от фотони милион пъти и записваме отново и отново с много умна синхронизация, и от събраните гигабайти от информация, използвайки компютри, създаваме тези фемто-видеа, които ви показах.
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.
Можем да вземем всички тези необработени данни и да ги обработим по интересни начини. Супермен може да лети. Някои от другите герои може да станат невидими, но какво ще кажете за нова сила за бъдещ супергерой: да може да вижда зад ъглите? Идеята е, че успяхме да осветим вратата. Светлината ще влезе в стаята, част от нея се освети задната част на вратата и ще се върне в камерата, и можахме да използваме тези многократни връщания на светлината.
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.
Това не е научна фантастика. Създадохме го. В ляво виждате фемто-камерата ни. Има манекен, който е скрит зад стена и ще осветим вратата.
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.
След като докладът ни беше публикуван в "Нейчър Kомюникейшънс", той беше забелязан от "Nature.com" и те създадоха тази анимация.
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation. (Music)
(Музика)
[A laser pulse is fired]
Ще запалим тези светлинни куршуми
(Music)
и те ще ударят тази врата, и поради пакетът от фотони, ще се разпръснат във всички посоки и някои от тях ще достигнат скрития ни манекен, което на свой ред ще разпръсне отново тази светлина и вратата отново ще отрази част от тази разпръсната светлина, и малка част от фотоните ще се върне в камерата, но най-интересното е, че те ще пристигнат в малко по-различен времеви интервал. (Музика)
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)
Тъй като имаме камера, която може да работи толкова бързо, фемто-камерата ни, тя има уникални способности. Тя има много добра времева резолюция и може да гледа света със скоростта на светлината. По този начин узнаваме разстоянието, разбира се, което е до вратата, но също и до скритите предмети, но не знаем коя точка на кое разстояние отговаря. (Музика)
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,
Като осветяваме лазер, можем да заснемем необработена снимка, която виждате на екрана, която няма смисъл, но след това ще заснемем много такива снимки, дузини такива снимки, ще ги съединим и ще се опитаме да анализираме многократното отразяване на светлина, и оттам, можем ли да видим скрития предмет? Можем ли да го видим в пълен 3D?
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?
Това е реконструкцията ни. (Музика) (Музика) (Музика) (Аплодисменти)
So this is our reconstruction. (Music) (Applause)
Имаме някои начини, които ще приложим, преди да изнесем камерата от лабораторията, но в бъдеще можем да създаваме коли, които избягват катастрофи, като виждат какво има зад завоя или можем да търсим оживели в опасни условия, като гледаме отразената светлина през отворени прозорци, или можем да създадем ендоскопи, които могат да виждат в тялото, също и за кардиоскопи. Но, разбира се, поради тъканите и кръвта, това е много предизвикателно, така че това е зов за учените да започнат да мислят за фемто-фотографията като нова модалност на изобразяване, за да решат следващото поколение на проблеми с изобразяване на здравето.
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.
Както за Док Еджгертън, учен, науката стана изкуство, изкуство на ултра-бърза фотография, и аз разбрах, че всички гигабайти данни, които събираме всеки път, не са само научни снимки, но можем и да създадем нова форма компютъризирана фотография с изтичане на време, кодиране на цвят и можем да гледаме тези вълнички. Запомнете, времето между всяка от тези вълнички е само няколко трилиона от секундата.
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.
Но има и нещо смешно. Когато гледате тези вълнички под шапката, те се отдалечават от нас. Вълничките трябва да се движат към нас. Какво става тук?
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?
Оказва се, че тъй като записваме със скорост, близка до скоростта на светлината, имаме странни ефекти и Айнщайн би харесал, ако видеше тази картина. Редът, по който събитията се случват в света, се появява на камерата някакси в обратен ред, така че, като приложим съответното пространство, можем да отстраним това различие.
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.
Независимо дали това е за фотография зад ъгли или за създаване на следващо поколение здравни снимки, или за създаване на нови визуализации, откритието ни позволи да имаме всички данни и детайли с отворен източник на интернет сайта ни и се надяваме, че Направи си сам, творческата и изследователска общност, ще ни покаже, че можем да спрем да имаме само мегапиксели в камерите - (Смях) - и да започнем да се фокусираме в следващото измерение в снимането. Време е. Благодаря ви. (Аплодисменти)
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.
(Аплодисменти)
Thank you. (Applause)