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 ci ha sorpreso e incuriosito con questa foto di un proiettile che trapassa una mela, e un’esposizione di solo un milionesimo di secondo. Oggi, 50 anni dopo, possiamo essere un milione di volte più veloci e vedere il mondo non a un milione, o a un miliardo, ma a un trilione di fotogrammi al secondo.
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.
Vi presento un nuovo tipo di fotografia, la femtofotografia, una nuova tecnica di imaging così veloce che può creare video al rallentatore della luce in movimento. Con tale tecnica possiamo creare macchine fotografiche che vedono negli angoli, oltre la linea dello sguardo, oppure vedere all’interno del nostro corpo senza raggi X, e sfidare lo stesso concetto di macchina fotografica.
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?
Se prendo un puntatore laser e lo accendo e spengo in un trilione di secondo -- pari a vari femtosecondi -- creerò un pacchetto di fotoni ampi quasi un millimetro, e quel pacchetto di fotoni, quel proiettile, viaggeranno alla velocità della luce, un milione di volte più veloce di un comune proiettile. Ora, se prendete quel proiettile e questo pacchetto di fotoni e lo sparate in questa bottiglia, come si frantumano quei fotoni in questa bottiglia? Che aspetto ha la luce al rallentatore?
[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]
Now, the whole event --
L’intero evento -- (Applausi)
(Applause)
(Applausi)
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.
Ricordatevi che l’intero evento sta veramente avvenendo in meno di un nanosecondo — è il tempo impiegato dalla luce per viaggiare — e in questo video lo vedete rallentato di un fattore pari a 10 miliardi per poter vedere la luce in movimento.
(Laughter)
Coca-Cola non ha sponsorizzato questa ricerca. (Risate)
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.
In questo filmato succedono molte cose, e ora ve le mostrerò. L’impulso entra nella bottiglia, il nostro proiettile, con un pacchetto di fotoni che inizia ad attraversarla e inizia a diffondersi all’interno. Un po’ di luce si spande sul tavolo, e si iniziano a vedere questi guizzi di onde. Molti fotoni alla fine raggiungono il tappo per poi esplodere in varie direzioni. Come vedete, c’è una bolla d’aria, e sobbalza qua e là all’interno. Nel frattempo, i guizzi passano per il tavolo, e per via dei riflessi in alto, sul retro della bottiglia, dopo vari fotogrammi, vedete i riflessi a fuoco.
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?
Se prendete un comune proiettile, lo lasciate percorrere la stessa distanza e poi rallentate il video di nuovo di un fattore di 10 miliardi, sapete quanto tempo impiegate a vedere il filmato?
(Laughter)
A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
Un giorno? Una settimana? No, un anno intero. Sarebbe un film molto noioso — (Risate) —
(Laughter)
of a slow, ordinary bullet in motion.
di un lento, comune proiettile in movimento.
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.
E la fotografia di nature morte? Potete vedere di nuovo i guizzi che passano sul tavolo, il pomodoro e la parete sullo sfondo. È come gettare un sasso nell’acqua.
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.
Questo è il modo in cui la natura fa foto, un fotogramma femto alla volta, ma naturalmente il nostro occhio vede un’immagine composita integrale. Se guardate ancora una volta questo pomodoro, noterete, mentre la luce lo inonda, che continua a brillare. Non si oscura. Perché succede? Perché il pomodoro è maturo, e la luce rimbalza al suo interno, e ne esce dopo qualche trilionesimo di secondo. In futuro, quando la tecnologia femto sarà incorporata nella fotocamera del vostro cellulare, sarete in grado, al supermercato,
(Laughter)
di verificare se il frutto è maturo senza toccarlo.
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.
Come è riuscito il mio team al MIT a creare questa fotocamera? Voi fotografi sapete che con un’esposizione breve avete poca luce, ma noi andremo un miliardo di volte più veloci della vostra più breve esposizione, e quindi non ci sarà quasi luce. Quello che facciamo è inviare quel proiettile, quel pacchetto di fotoni, milioni di volte, e registrarlo ogni volta con una sincronizzazione molto intelligente, e dai gigabyte di dati che intrecciamo insieme, al computer, creiamo i video femto che vi ho mostrato.
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.
Possiamo prendere tutti i dati non elaborati e trattarli con modalità interessanti. Così Superman può volare. E altri eroi possono diventare invisibili; e che ne dite di un nuovo potere per un supereroe del futuro: vedere dietro gli angoli. L’idea è che sia possibile far brillare un po’ di luce sulla porta. Rimbalzerà, andrà dentro alla stanza, un po’ si rifletterà sulla porta, e poi di nuovo nella fotocamera. Sfrutteremo questi diversi rimbalzi della luce.
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.
Non è fantascienza. L’abbiamo costruita veramente. A sinistra c’è la nostra fotocamera femto. C’è un manichino nascosto dietro a quella parete, e faremo rimbalzare della luce sulla porta.
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation.
Dopo essere stato pubblicato su Nature Communications, il nostro lavoro è stato messo in risalto anche da Nature.com,
(Music)
dove hanno creato questa animazione.
[A laser pulse is fired]
(Musica)
(Music)
Spareremo quei proiettili di luce,
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.
che andranno a sbattere contro la parete, e per via del pacchetto di fotoni, si disperderanno in tutte le direzioni. Alcuni arriveranno fino al nostro manichino nascosto, che a sua volta disseminerà quella luce, e di nuovo la porta rifletterà un po’ di quella luce disseminata; una minuscola frazione di fotoni tornerà alla fotocamera, ma la cosa più interessante, è che arriveranno tutti in slot di tempo leggermente diversi.
(Music)
(Musica)
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.
Proprio perché abbiamo una fotocamera così veloce, la nostra fotocamera femto ha capacità uniche. Ha una risoluzione temporale molto buona, e può catturare il mondo alla velocità della luce. Così scopriamo la distanza dalla porta, naturalmente, ma anche dagli oggetti nascosti, ma non sappiamo a quale punto corrisponde
(Music)
quale distanza.
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?
(Musica) Illuminando un laser, possiamo registrare una foto non elaborata, e se la vedete su uno schermo non ha molto senso. Poi però scatteremo molte foto come questa, decine di foto simili, le metteremo insieme, e cercheremo di analizzare i diversi rimbalzi della luce; e da lì, riusciremo a vedere l’oggetto nascosto? Potremmo vederlo tutto in 3D?
So this is our reconstruction.
Ecco la nostra ricostruzione. (Musica)
(Music)
(Musica)
(Applause)
(Musica) (Applausi)
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.
Abbiamo ancora molto da fare prima di poter uscire dal laboratorio ma, in futuro, potremo creare macchine che evitano collusioni con qualunque cosa stia dietro l’angolo; o potremo cercare sopravvissuti in situazioni di pericolo guardando la luce riflessa attraverso le finestre aperte; oppure potremo costruire endoscopi in grado di vedere dentro al corpo, dietro alle occlusioni, e anche cardioscopi. Ma, naturalmente, a causa dei tessuti e del sangue, sarà una vera e propria sfida; quindi invito gli scienziati a iniziare a pensare alla femtofotografia come a una nuova modalità di imaging per la risoluzione dei problemi della prossima generazione di imaging medicale.
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.
Così come Doc Edgerton, anch’egli scienziato, trasformò la scienza in arte, un’arte fotografica ultra veloce, mi rendo conto che tutti i gigabyte di dati che di volta in volta raccogliamo non servono solo per l’imaging scientifico, ma anche per una nuova forma di fotografia computazionale con time lapse e codifica di colori. Osserviamo quei guizzi. Ricordatevi che il tempo tra ognuno di quei guizzi è di solo qualche trilionesimo di secondo.
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?
E c’è pure un risvolto divertente. Se si guardano i guizzi sotto al tappo, essi si allontanano da noi; invece dovrebbero spostarsi verso di noi. Che cosa succede?
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.
Poiché stiamo registrando quasi alla velocità della luce, si hanno strani effetti,
(Laughter)
e, a Einstein, questa foto, sarebbe piaciuta molto.
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.
L’ordine in cui hanno luogo gli eventi nel mondo, nella fotocamera, a volte appare invertito, e se applichiamo la deformazione di tempo e spazio corrispondente, possiamo correggere tale distorsione.
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 --
Quindi che si tratti di fotografia dietro agli angoli, o della creazione della prossima generazione di imaging medicale, o di nuove visualizzazioni, dopo la nostra invenzione, sono diventati open source tutti i dati e i tutti i dettagli nel nostro sito web, e ci auguriamo che DIY, la comunità di ricerca e creatività, ci dica che dovremmo smettere con l’ossessione
(Laughter)
per i megapixel nelle fotocamere — (Risate) —
and start focusing on the next dimension in imaging. It's about time.
e iniziare con la prossima dimensione in imaging. È venuto il momento. Grazie. (Applausi)
Thank you.
(Applause)
(Applausi)