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.
Doc Edgerton nos inspiró asombro y curiosidad con esta foto de una bala que atraviesa una manzana en una exposición de solo una millonésima de segundo. Pero ahora, 50 años más tarde, podemos ir un millón de veces más rápido y ver el mundo no a un millón o a mil millones, sino a un billón de cuadros por segundo.
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.
Les presento un nuevo tipo de fotografía: la femtofotografía; una nueva técnica tan rápida que puede crear videos en cámara lenta de la luz en movimiento. Y con eso podemos crear cámaras que pueden ver tras los rincones, más allá de la línea de visión, o ver el interior del cuerpo sin usar rayos X, y desafían realmente la idea de cámara.
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?
Si tomo un puntero láser y lo enciendo y apago en una billonésima de segundo —o sea, en varios femtosegundos— crearé un paquete de fotones de apenas un milímetro de ancho y ese paquete de fotones, esa bala, viajará a la velocidad de la luz, y, nuevamente, un millón de veces más rápido que una bala común. Si tomamos esa bala y este paquete de fotones y disparamos en esta botella, ¿Cómo se dispersan esos fotones dentro de esta botella? ¿Cuál es el aspecto de la luz en cámara lenta?
[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]
Now, the whole event --
Ahora, todo esto... (Aplausos)
(Applause)
(Aplausos)
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.
Recuerden que todo esto ocurre efectivamente en menos de un nanosegundo —es lo que tarda en viajar la luz— pero este video está 10 mil millones de veces más lento para que puedan ver la luz en movimiento.
(Laughter)
Coca-Cola no auspició esta investigación. (Risas)
But Coca-Cola did not sponsor this research.
(Laughter)
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.
Ocurren muchas cosas en esta película; desglosaré esta información para mostrar qué está pasando. El pulso, nuestra bala, entra en la botella con un paquete de fotones que empieza a atravesarla y que, dentro, empieza a dispersarse. Parte de la luz se fuga, va a la mesa, y empezamos a ver estas ondulaciones. Muchos de los fotones finalmente llegan a la tapa y luego explotan en varias direcciones. Como pueden ver, hay una burbuja de aire que rebota en el interior. En ese tiempo, las ondas viajan por la mesa y debido a las reflexiones de la parte superior se ve en el fondo de la botella, después de varios cuadros, que las reflexiones se concentran.
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?
Ahora, si tomamos una bala común y corriente y hacemos que recorra la misma distancia y la vemos en cámara lenta a unas 10 mil millones de veces, ¿cuánto piensan que nos llevaría sentarnos a ver esa película?
(Laughter)
A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
¿Un día? ¿Una semana? En realidad, todo un año. Sería una película muy aburrida (Risas)
(Laughter)
of a slow, ordinary bullet in motion.
de una lenta bala en movimiento.
And what about some still-life photography? 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.
¿Y qué tal probar con naturaleza muerta? Pueden ver las ondas que se apoderan de la mesa, del tomate y de la pared del fondo. Es como arrojar una piedra en un estanque.
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.
Es la forma en que la naturaleza pinta una foto, pensaba, de un femtocuadro a la vez, pero, claro, nuestros ojos ven una composición integral. Pero si miran una vez más este tomate, se darán cuenta de que, a medida que la luz se apodera del tomate, sigue brillante. No se oscurece. ¿Por qué? Porque el tomate está maduro y la luz rebota en su interior y vuelve a salir luego de varias billonésimas de segundo. En el futuro, cuando esta femtocámara esté en sus móviles, van a poder ir al supermercado
(Laughter)
y verificar si la fruta está madura sin tener que tocarla.
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.
¿Para qué creamos esta cámara en el MIT? Como fotógrafos, ya saben, si tomamos una foto a baja exposición, entra muy poca luz, pero iremos mil millones de veces más rápido que la exposición más corta, así que apenas entrará algo de luz. Mandamos esa bala, ese paquete de fotones, millones de veces, y grabamos una y otra vez con una sincronización muy astuta, tomamos esos gigabytes de datos y los entrelazamos computacionalmente para crear esos femtovideos que les mostré.
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.
Podemos tomar todos esos datos en crudo y procesarlos de manera interesante. Superman puede volar. Otros héroes pueden volverse invisibles, ¿y si un nuevo poder de un futuro superhéroe le permitiera ver tras los rincones? La idea es que podríamos arrojar algo de luz sobre la puerta. Rebotará, entrará a la habitación, una parte se va a reflejar en la puerta, y desde allí hasta la cámara, de donde podríamos extraer esos múltiples rebotes de luz.
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.
No es ciencia ficción. Ya lo hemos construido. A la izquierda, está nuestra femtocámara. Detrás de la pared hay un maniquí y rebotaremos la luz en la puerta.
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation.
Luego de la publicación de nuestro artículo en Nature Communications, Nature.com lo destacó
(Music)
y creó esta animación.
[A laser pulse is fired]
(Música)
(Music)
Dispararemos esas balas de luz,
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.
que impactarán en esta pared, y debido al paquete de fotones se esparcirán en todas direcciones, y algunas alcanzarán al maniquí oculto que a su vez dispersará esa luz y nuevamente la puerta reflejará parte de esa luz dispersada, y una fracción pequeña de los fotones regresará a la cámara pero, curiosamente, en momentos levemente diferentes.
(Music)
(Música)
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.
Y como tenemos una cámara que funciona así de rápido, nuestra femtocámara, tiene capacidades únicas. Tiene muy buena resolución temporal y puede mirar al mundo a la velocidad de la luz. Así, conocemos las distancias hasta la puerta y también hasta los objetos ocultos pero no sabemos qué punto corresponde
(Music)
a qué distancia.
By shining one laser, we can record one raw photo, 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?
(Música) Al proyectar un láser se puede grabar una foto en bruto, que, ven en la pantalla, realmente no tiene ningún sentido, pero tomaremos muchas imágenes así, decenas de imágenes, las juntaremos y trataremos de analizar los múltiples rebotes de luz, y con eso, ¿podremos ver el objeto oculto? ¿Podremos verlo en 3D?
So this is our reconstruction.
Esta es nuestra reconstrucción. (Música)
(Music)
(Música)
(Applause)
(Música) (Aplausos)
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.
Tenemos cosas por explorar antes de sacar esto del laboratorio, pero en el futuro, podríamos crear autos que eviten colisiones con lo que está a la vuelta de la curva, o podríamos buscar sobrevivientes en condiciones peligrosas mirando la luz reflejada por las ventanas abiertas, o podríamos construir endoscopios capaces de ver el interior del cuerpo sorteando oclusores, y lo mismo para los cardioscopios. Pero, claro, debido al tejido y la sangre esto es bastante difícil, así que en realidad esto es un pedido a los científicos para que empiecen a pensar en la femtofotografía como una nueva modalidad de visualización para solucionar los problemas de imagenología en salud de la próxima generación.
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.
Así como Doc Edgerton, él mismo un científico, convirtió la ciencia en arte, un arte de fotografías ultrarrápidas, me di cuenta de que todos los gigabytes de datos que recolectamos cada vez no son solo para visualizaciones científicas, sino que podemos crear una nueva forma de fotografía computacional con cámara lenta y código de colores, y miremos esas ondas. Recuerden, el tiempo entre cada una de esas ondas es de solo unas billonésimas de segundo.
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?
Pero aquí también ocurre algo divertido. Si miramos las ondas debajo de la tapa, estas se alejan de nosotros. Las ondas deberían moverse hacia nosotros. ¿Qué ocurre aquí?
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.
Resulta que, como estamos grabando casi a la velocidad de la luz, tenemos efectos extraños.
(Laughter)
A Einstein le habría encantado ver esta imagen.
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.
El orden en que ocurren los eventos en el mundo a veces aparece invertido ante la cámara. Aplicando la deformación correspondiente de espacio y tiempo, podemos corregir esta distorsión.
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 --
Ya sea en la fotografía tras los rincones, o en la próxima generación de imagenología en salud, o en nuevas visualizaciones, puesto que nuestra invención es de código abierto, todos los datos y los detalles están en nuestro sitio web y esperamos que la comunidad de investigación, los creativos y amateurs nos muestren que deberíamos dejar de obsesionarnos
(Laughter)
con los megapíxeles en las cámaras —(Risas)—
and start focusing on the next dimension in imaging. It's about time.
y empezar a centrarnos en la próxima dimensión en imagenología. Ya es tiempo. Gracias. (Aplausos)
Thank you.
(Applause)
(Aplausos)