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.
دکتر ایجرتن اشتیاق و کنجکاوی رو به ما القا کرد با این تصویر از گلولهای که در حال سوراخ کردن و گذر از میان یک سیبه، و تنها یک میلیونیوم از یک ثانیه رو در معرض نمایش میگذاره. اما حالا، 50 سال بعد، ما می تونیم یک میلیون بار سریعتر باشیم و جهان رو نه تنها در یک میلیون یا یک بیلیون، بلکه در یک ترلیون فریم در ثانیه ببینیم.
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.
من گونه ی نوینی از عکاسی رو به شما ارائه میدهم، عکس برداری فوق سریع، تکنیک جدید و بسیار سریع عکس برداریه که می تونه تصاویر صحنه آهستهای از نور در حال حرکت بیآفرینه. و با اون ما می تونیم دوربینهایی بسازیم که قادر به دیدن گوشههایی هستند که در فرای خطوط دید ماست یا بتونن داخل بدن رو بدون استفاده از اشعه ایکس ببینن و به راستی تصوری که از دوربین داریم رو به چالش بکشه.
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?
حالا اگه یه نشانهگر لیزر رو بگیرم و تنها در یک ترلیونیوم از ثانیه که معادل با چند فمتو ثانیه است خاموش و روشنش کنم بستهای از فوتونها رو تقریبا به پهنای یک میلیمتر ایجاد خواهم کرد بستهای از فوتونها رو تقریبا به پهنای یک میلیمتر ایجاد خواهم کرد و این بسته از فوتونها، یا همان گلوله، با سرعت نور شروع به حرکت می کنه، بازم میگم، میلیونها بار سریع تر از گلوله معمولی (تفنگ). حالا اگه این گلولهمون یا همون بستهی فوتون رو بگیریم و به داخل این بطری شلیک کنیم، این فوتونها به چه صورت داخل این بطری متلاشی خواهند شد؟ نور در تصاویر آهسته به چه شکلی خواهد بود؟
[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]
Now, the whole event --
تمام این رویداد --(تشویق)
(Applause)
(تشویق)
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.
به یاد داشته باشید، تمام این رویداد به طور موثر در کمتر از یک نانو ثانیه رخ میده این زمانیه که نور میگیره تا حرکت خودش رو انجام بده اما من در این ویدئو، زمان رو تا فاکتور 10 بیلیون آهستهتر میکنم تا شما بتونید نوری که در حرکته رو ببینید.
(Laughter)
در ضمن، کوکا کولا این تحقیقات رو حمایت مالی نکرد. (خندهی حضار)
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.
خب، اتفاقات زیادی در این فیلم هست، بگذارید تا این رو تشریح کنم و بهتون نشون بدم چه در حال رخ دادنه. خب، پالس نور وارد بطری میشه گلولهی ما با بسته ای از فوتونها شروع به حرکت از میان بطری میکنه و شروع به پخش و پراکندگی در داخل اون میشه مقداری از نور به بیرون رخنه میکنه و روی میز میتابه، و شما حرکات موجی شکل امواج رو میبینید. تعدادی از فوتونها در نهایت خودشون رو به در بطری میرسونن و بعد منفجر میشن و به جهات مختلف میرن. همونطور که میبینید ، حبابی از هوا وجود داره و داخل بطری میپره. در همین حال، که موجها روی میز در حال حرکتند، و به دلیل بازتابهایی که در بالا هست، میبینید که پس از چند فریم، بازتابها در انتهای بطری متمرکز میشن.
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?
حال اگه یک گلوله معمولی داشتیم و میذاشتیم همین مسافت رو طی کنه و سرعت ویدئو رو تا فاکتور 10 بیلیون کم میکردیم میدونید چه مدت باید مینشستید و فیلم رو تماشا میکردید؟
(Laughter)
A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
یک روز، یک هفته؟ در واقع یک سال تمام! اون فیلم خیلی کسل کنندهای
(Laughter)
of a slow, ordinary bullet in motion.
از یک گلوله ی معمولی آرام در حال حرکت خواهد بود!
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.
در مورد تصویربرداری از اشیا چطور؟ میتونید امواج رو ببینید که روی سطح میز، گوجه فرنگی و دیوار پشت حرکت می کنند. مثل انداختن یک سنگ درون برکه آب میمونه.
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.
گمان می کنم به همین صورته که طبیعت تصویری رو رسم میکنه، هر بار یک فمتو فریم، اما مسلما چشمان ما ترکیب تصحیح شدهای رو میبینه. اما اگه به این گوجه فرنگی یه بار دیگه نگاه کنید، متوجه خواهید شد، مادامی که نور برسطح گوجه حرکت میکنه، به درخشش ادامه میده و تاریک نمیشه. چرا اینگونه است؟ چون گوجه در واقع رسیده هست، و نور داخل گوجه جنب و جوش میکنه، و پس از چند ترلیونیوم ثانیه خارج میشه. پس در آینده، زمانی که این فمتو دوربین داخل گوشی همراه شما باشه، اونوقت شما قادر خواهید بود به سوپرمارکت برید
(Laughter)
و رسیده بودن میوهها رو بدون دست زدن به اونا بررسی کنید.
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.
خب چطور شد که تیم من در ام آی تی این دوربین رو خلق کرد؟ حال اگه عکاسی کرده باشید می دونید که اگه شما یک عکس آنی بگیرید، نور خیلی کمی دریافت خواهید کرد اما ما میخواهیم یک بیلیون بار سریعتر از آنی ترین تصویربرداری شما باشیم، بنابربن تقریبا هیچ نوری دریافت نمیکنید. خب، کاری که ما می کنیم اینه که ما اون گلوله رو یا همون بستهی فوتونها رو میلیونها بار می فرستیم ، و به دفعات و با زمان بندی هوشمندانه ضبط میکنیم، و از میان گیگابایتها داده ، به طور محاسبه گرانهای به هم می بافیم تا یه همچین فمتو ویدئویی که به شما نشون دادم رو خلق کنیم.
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.
و ما می تونیم این سری از دادهها رو بگیریم و در زمینههای بسیار جالبی به کار ببریم بنابرین، سوپرمن میتونه پرواز کنه. برخی دیگه از قهرمانان داستانی می تونن ناپدید بشن، یا شایدم توانایی جدیدی برای ابرقهرمان آینده : دیدن گوشههای خارج از دید ؟ ایده اینه که ما می تونیم مقداری نور به در بتابانیم. نور برمیگرده ، وارد اتاق میشه مقداری از اون دوباره به در بازتابانده میشه، و به دوربین برمی گرده، و ما می تونیم از این بازگشتهای نور پی درپی بهره ببریم
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.
و این علمی تخیلی نیست. ما درواقع اونو ساختهایم. سمت چپ شما دوربین فمتو ما رو میبینید. یک مانکن پشت دیوار مخفی شده، و ما میخواهیم نور رو از در بازگشت بدیم.
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation.
خب پس از اینکه مقاله ما در Nature Communications منتشر شد ، در سایت Nature.com مورد توجه قرار گرفت،
(Music)
و اونا این انیمیشن رو ساختند.
[A laser pulse is fired]
♫
(Music)
ما این گلولههای نور رو شلیک میکنیم
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.
و اونا به این دیوار برخورد میکنن، و به دلیل وجود بستهی فوتونها در تمام جهات پراکنده میشوند، و بعضی از اونا به مانکن پنهان ما برخورد میکنن، که در بازگشت باز هم اون نور رو پراکنده میکنه، و باز در برخورد با دیوار مقداری از اون نورهای پراکنده شده بازتاب می کنه و ذرات ریزی از اون فوتونها به دوربین باز میگردن، اما خیلی جالبتر اینکه، همه اونها در بازههای زمانی با اختلاف اندک میرسند.
(Music)
♫
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.
و چون ما دوربینی داریم که بسیار سریع عمل میکنه، دوربین فمتو، توانایی های منحصر به فردی داره. تفکیک پذیری زمانی خیلی خوبی داره و میتونه به دنیا با سرعت نور نگاه کنه وبه این طریق، ما فواصل رو تا در میدونیم ولی نه تا اشیای مخفی ، پس نمیدونیم کدوم نقطه مربوط به
(Music)
کدام فاصله هست.
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?
♫ با تابش یک لیزر ما یک سری تصاویر ضبط میکنیم که وقتی به صحنه نگاه میکنید در واقع هیچ مفهومی ندارن، اما ما تعداد زیادی از اینگونه عکس ها میگیریم، چند سری از این تصاویر، کنار هم قرار میدیم و سعی می کنیم بازگشتهای متعدد نور رو آنالیز کنیم، و با اون، می تونیم اشیا پنهان رو ببینیم؟ می تونیم به صورت سه بعدی ببینیم؟
So this is our reconstruction.
خب این بازسازی ماست.
(Music)
♫
(Applause)
♫
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.
خب هنوز راه زیادی در پیش داریم تا این فناوری رو بیرون از آزمایشگاه به خیابونا ببریم، اما در آینده، می تونیم خودروهایی بسازیم که از برخورد با چیزی که پشت پیچه جلوگیری کنن، یا با نگاه به بازتاب های نور از میان پنجره های باز به دنبال نجات یافتگان در شرایط پرخطر باشیم، یا آندوسکوپ (درون بین) هایی بسازیم که می تونن در اعماق بدن و اطراف انسداد کنندهها رو ببینن یا همچنین قلب نگار (کاردیوسکوپ) بسازیم. ولی به دلیل وجود رگها و خون کاملا چالش برانگیز خواهد بود، پس از دانشمندان میخوایم تا در مورد تصویربرداری فمتو به عنوان شرایط نوین تصویرپردازی برای رفع مشکلات نسل بعدی تصویرپردازی پزشکی، شروع به فکر کنن.
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.
حالا مثل دکتر اجرتن که خودش یک دانشمنده، علم به هنر تبدیل می شه، هنر عکاسی فوق سریع، و من دریافتم که تمام اون گیگابایت دادهای که ما هر بار جمع آوری می کنیم تنها برای تصویرپردازی علمی نیست بلکه میتونیم گونه نوینی از عکاسی محاسباتی رو با مرور زمان و کدگذاری رنگی (روش های عکاسی) انجام بدیم. و به اون امواج نگاه کنیم. به یاد داشته باشید زمان بین هر کدام از اون امواج تنها چند ترلیونیوم از ثانیه هست.
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?
اما یه چیز خنده دار هم اینجا هست وقتی به امواج زیر درب بطری نگاه میکنید، امواج در حال دور شدن از ما هستند. امواج بایستی به طرف ما حرکت کنند. جریان چیه؟
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.
به این دلیله که چون ما در حال ضبط نزدیک به سرعت نور هستیم، تاثیرات عجیبی رو داریم،
(Laughter)
و انیشتن حتما عاشق دیدن این تصاویر میشه.
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.
قوانینی که بر اساس اونا پدیدهها در جهان رخ میدن گاهی در دوربین به طور معکوس ظاهر میشن، پس با به کارگیری فضای مربوط و توقف زمانی میتونیم این بهم ریختگی رو تصحیح کنیم.
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 --
خب چه در مورد تصویربرداری از زوایای پنهان باشه یا ابداع نسل جدید تصویرپردازی پزشکی، یا خلق تجسمات جدید، با اختراع ما، ما به صورت منبع باز (open-sourced) تمامی اطلاعات و جزئیات رو روی وب سایتمون قرار دادیم، و امیدواریم افراد خلاق و پژوهشگر به ما نشون بدن که باید نگرانیهامون رو
(Laughter)
در مورد مگاپیکسل های دوربین ها متوقف کنیم
and start focusing on the next dimension in imaging. It's about time.
و شروع به تمرکز روی ابعاد جدید عکاسی کنیم. که مسئله زمان هست. سپاسگزارم.
Thank you.
(Applause)
(تشویق حضار)