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 natchnął nas zdumieniem, pokazując zdjęcie pocisku przeszywającego jabłko o czasie ekspozycji 1. ułamka sekundy. 50 lat później, możemy działać milion razy szybciej i widzieć świat z dokładnością nie miliona, czy miliarda, i widzieć świat z dokładnością nie miliona, czy miliarda, ale biliona klatek na sekundę.
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.
Pokażę wam nową formę fotografii, femto-fotografię, technikę obrazowania tak szybką, że może zarejestrować ruch światła i pokazać go w zwolnionym tempie. Dzięki temu, możemy stworzyć aparaty, które zajrzą za każdy róg, poza linię wzroku, do wnętrza naszego ciała, bez promieni Rentgena, i całkiem zmienić nasze pojęcie o aparatach.
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?
Naciskając laserowy wskaźnik, w jednej bilionowej sekundy, czyli kilku femtosekundach, stworzę stumień fotonów szeroki ledwo na milimetr, i ten strumień fotonów, ten pocisk, będzie się poruszać z prędkością światła, milion razy szybciej niż zwyczajny pocisk. Jeśli weźmiemy ten pocisk, ten strumień fotonów, i wstrzelimy w tę butelkę, w jaki sposób fotony się po niej rozbiją? Jak wygląda światło w zwolnionym tempie?
[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]
Now, the whole event --
Całe to zdarzenie... (Brawa)
(Applause)
(Brawa)
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.
To zdarzenie trwa mniej niż nanosekundę, tyle zajmuje światłu droga, ale ja zwalniam film 10 miliardów razy dzięki czemu widzicie światło w ruchu.
(Laughter)
Coca-Cola nie była sponsorem tych badań. (Śmiech)
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.
Wiele rzeczy się dzieje na tym filmie, opowiem o tym krok po kroku. Impuls, pocisk, wpada do butelki, ze strumieniem fotonów, które zaczynają się przemieszczać i rozpierzchać na boki. Trochę światła ulatuje, spada na stół, i widać takie małe fale. Wiele z fotonów dociera w końcu do korka i eksploduje w różnych kierunkach. Jest tam bąbelek powietrza, który obija się w środku. W międzyczasie, fale przemieszczają się po stole, i dzięki odbiciom w górnej części, widzimy tył butelki, po chwili odbicia są wyraźne.
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?
Jeśli weźmiemy zwykły pocisk, na tym samym dystansie, po czym znów 10 miliardów razy zwolnimy film, jak długo musielibyśmy tu siedzieć, żeby to obejrzeć?
(Laughter)
A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
Dzień, tydzień? Tak naprawdę - cały rok. Byłby to bardzo nudny film... (Śmiech)
(Laughter)
of a slow, ordinary bullet in motion.
Powolnego, zwykłego pocisku w ruchu.
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.
Co powiecie na zdjęcie martwej natury? Możecie zobaczyć jak fale obmywają stół, pomidora i ścianę w tle. To jak wrzucanie kamienia do wody.
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.
To sposób, w jaki tworzy natura, po jednej femto-klatce, jednak oczy widzą tylko całość. Patrząc na tego pomidora ponownie, widać, że kiedy światło się po nim przesuwa, nadal promieniuje. Nie staje się ciemne. Dlaczego? Bo pomidor jest dojrzały, światło odbija się w jego wnętrzu, i wychodzi po kilku bilionowych sekundy. W przyszłości, kiedy femto-aparaty znajdą się w waszych komórkach, będziecie mogli iść do sklepu
(Laughter)
i sprawdzić bez dotykania czy owoc jest dojrzały.
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.
Jak ekipa w MIT stworzyła ten aparat? Fotografowie wiedzą, że krótki czas ekspozycji, da zdjęciu niewiele światła, ale my działamy miliard razy szybciej niż najkrótsza ekspozycja migawki więc prawie wcale nie będzie tam światła. Puszczamy zatem pocisk, strumień fotonów, miliony razy, i za każdym razem nagrywamy i synchronizujemy. Z tych gigabajtów informacji komputerowo wyplatamy takie femto-filmy, jak pokazałem.
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.
Możemy zebrać wszystkie te dane i pracować z nimi na wiele sposobów. Superman może latać. Inni bohaterowie mogą stać się niewidzialni, a co powiecie na nową moc superbohatera: moc widzenia co jest za rogiem? Polega to na tym, że świecimy światło na drzwi. Odbije się ono i wpadnie do pokoju, jakaś część z powrotem na drzwi, a potem znów do aparatu. Możemy wykorzystać te wielokrotne odbicia.
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.
To nie science fiction. Już to zbudowaliśmy. Po lewej jest nasz femto-aparat. Za ścianą schowany jest manekin, a my odbijemy światło od drzwi.
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation.
Po opublikowaniu naszej pracy w Nature Communications, został on zauważony przez Nature.com.
(Music)
Stworzyli oni tę animację.
[A laser pulse is fired]
(Muzyka)
(Music)
Wystrzelone pociski światła
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.
uderzają w ścianę. Ponieważ pocisk zbudowany jest z fotonów, rozchodzą się we wszystkich kierunkach, część z nich dociera do ukrytego manekina, który z powrotem odbija światło, a następnie drzwi odbiją, część tego światła i ułamkowa część fotonów wraca do aparatu, najciekawsze że każdy dociera tam w troszkę innym czasie.
(Music)
(Muzyka)
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.
Ponieważ femto-aparat działa tak szybko, ma niezwykłe zdolności. Ma świetną rozdzielczość czasową i może patrzeć na świat z prędkością światła. Dzięki temu, możemy poznać odległości, nie tylko do drzwi, ale też do ukrytych obiektów, jednak nie wiemy, który foton odpowiada
(Music)
za którą odległość.
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?
(Muzyka) Świecąc jednym laserem, zarejestrujemy tylko jedno zdjęcie, które nie ma za bardzo sensu, ale jeśli zrobimy wiele takich zdjęć, złożymy je wszystkie razem i spróbujemy zbadać wielokrotne odbicia światła czy da się zobaczyć ukryty obiekt? Czy można go zobaczyć w 3D?
So this is our reconstruction.
Oto rekonstrukcja. (Muzyka)
(Music)
(Muzyka)
(Applause)
(Muzyka) (Brawa)
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.
Jest jeszcze trochę do zrobienia, nim to wszystko opuści laboratorium, ale w przyszłości, możemy zbudować samochody unikające kolizji, możemy szukać ocalałych, nawet w niebezpiecznych warunkach, obserwując światło wpadające przez otwarte okna, budować endoskopy, zaglądające do naszego ciała, a także użyć w kardioskopach. To ogromne wyzwanie, ze względu na tkanki i krew. Ale również wezwanie naukowców, by dostrzegli femo-fotografię jako nową technologię obrazowania, która może rozwiązać wiele medycznych problemów.
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.
Tak jak Doc Edgerton, naukowiec-artysta, nauka stała się sztuką, sztuką ultra-szybkiej fotografii. Te gigabajty danych, które zbieramy, służą nie tylko obrazowaniu naukowemu, możemy je też wykorzystać do stworzenia nowego rodzaju fotografii obliczeniowej, z ekspozycją poklatkową i kodowaniem kolorami, Spójrzmy na te fale. Czas pomiędzy każdą z nich to kilka bilionowych sekundy.
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?
Ale dzieje się tutaj coś zabawnego. Spójrzcie na fale pod korkiem, one się od nas oddalają. A powinny poruszać się w naszą stronę. Co się dzieje?
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.
Okazuje się, że nagrywając prawie z prędkością światła, Okazuje się, że nagrywając prawie z prędkością światła, otrzymujemy niezwykłe efekty.
(Laughter)
Einstein na pewno chciałby to zobaczyć.
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.
Kolejność z jaką wydarzenia mają miejsce, czasem zostaje odwrócona przez aparat, używając odpowiedniej pętli w czasie i przestrzeni, możemy to naprawić.
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 --
Także czy to dla nowej generacji zdjęć medycznych, Także czy to dla nowej generacji zdjęć medycznych, czy tworzenia nowych wizualizacji, od czasu stworzenia, udostępniamy wszystkie dane na naszej stronie. W nadziei, że społeczność kreatywnych i badaczy, udowodni nam, że powinniśmy skończyć z obsesją
(Laughter)
ilości megapikseli w aparatach... (Śmiech)
and start focusing on the next dimension in imaging. It's about time.
I skoncentrować się na nowym wymiarze obrazowania. Najwyższy czas. Dziękuję. (Brawa)
Thank you.
(Applause)
(Brawa)