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 inspirou com admiração e curiosidade com esta foto de uma bala perfurando uma maçã e acontece em apenas um milionésimo de segundo. Mas, agora, 50 anos depois, nós podemos ir um milhão de vezes mais rápido e ver o mundo, não em um milhão, ou bilhão, mas em um trilhão de imagens 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.
Eu apresento a vocês um novo tipo de fotografia, fotografia femto, uma nova tecnologia de imagem, tão rápida que pode criar vídeos em câmera lenta da luz em movimento. E com isso, nós podemos criar câmeras que podem visualizar cantos, fora do campo de visão ou ver dentro do nosso copo sem um raio X, e realmente desafiam o que conhecemos como câmera.
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?
Agora, se eu pegar um laser e ligá-lo e desligá-lo em um trilionésimo de segundo -- o que equivale a diversos femto segundos -- Eu vou criar um pacote de fótons com quase um milímetro de largura, e esse pacote de fóton, a bala, vai viajar na velocidade da luz, e, novamente, um milhão de vezes mais rápida que uma bala comum. Agora, se você pegar essa bala e o pacote de fótons e disparar dentro desta garrafa, como que os fótons se despedaçam dentro da garrafa? Como é a luz em câmera lenta?
[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]
Now, the whole event --
Então, todo o evento -- (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.
Agora, lembrem, todo o evento está efetivamente acontecendo em menos de um nanosegundo -- esse é o tempo que a luz leva para viajar -- mas eu estou desacelerando esse vídeo por um fator de 10 bilhões para que vocês possam ver a luz em movimento.
(Laughter)
Mas a Coca-Cola não patrocinou essa pesquisa. (Risos)
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.
Agora, muita coisa está acontecendo nesse filme, então deixe-me dividir e mostrar o que está acontecendo. Então, o pulso de luz entra na garrafa, nossa bala, com um pacote de fótons que começam a viajar através dela e começam a se espalhar por dentro. Parte da luz vaza, vai para a mesa, e vocês começam a ver estas ondulações. Muitos dos fótons por fim alcançam a tampa e, em seguida, explodem em várias direções. Como vocês podem ver, existe uma bolha de ar, e ela está saltitando dentro. Enquanto isso, as ondulações estão viajando na mesa, e por causa das reflexões no topo, vocês veem no fundo da garrafa, depois de diversos quadros, que as reflexões estão focadas.
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?
Agora, se você pegar uma bala comum e deixá-la viajar a mesma distância e desacelerar o vídeo novamente por um fator de 10 bilhões, vocês sabem quanto tempo vocês precisariam sentar aqui para assistir este filme?
(Laughter)
A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
Um dia, uma semana? Na verdade, um ano inteiro. Seria um filme muito chato -- (Risos) --
(Laughter)
of a slow, ordinary bullet in motion.
de uma lenta bala comum em 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 o que dizer sobre fotografia de natureza morta? Vocês podem assistir novamente as ondulações sobre a mesa, o tomate e a parede do fundo. É como jogar uma pedra em uma lagoa.
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.
Eu pensei, é assim que a natureza pinta uma foto, com um quadro de femto por vez, mas é claro que nosso olho enxerga como uma composição integral. Entretanto, se vocês olharem para esse tomate mais uma vez, vocês irão notar que a luz passa pelo tomate e continua a brilhar. Ela não desaparece. Por que isso? Porque o tomate está na realidade maduro, e a luz está se movimentando dentro do tomate, e sai depois de diversos trilhões de segundo. Então, no futuro, quando essa câmera femto estiver no seu celular, vocês poderão ir em um supermercado
(Laughter)
e verificar se a fruta está madura sem nem mesmo tocá-la.
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.
Então, como meu time na MIT criou essa câmera? Agora, como fotógrafos, vocês sabem, que se você tira uma foto de exposição curta, você terá muito pouca luz, mas iremos um bilhão de vezes mais rápido que a sua exposição mais curta, então não vamos ter quase nenhuma luz. Então, o que fazemos é mandar aquela bala, aqueles pacotes de fótons, milhões de vezes e gravar diversas vezes com uma sincronização inteligente e a partir de gigabites de informação nós tecemos computacionalmente as partes para criar aqueles videos femto que eu mostrei para vocês.
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.
E nós podemos pegar todas aquelas informações e trabalhá-las de maneiras muito interessantes. Então, o Super-homem pode voar. Outros heróis podem ficar invisíveis, mas que tal um novo poder para um super-herói do futuro: enxergar o que há nos cantos? A ideia é que nós pudéssemos projetar um pouco de luz na porta. Ela vai viajar, ir dentro do cômodo, e parte dela vai refletir de volta na porta e depois novamente na câmera, e nós poderíamos explorar esses diversos movimentos 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.
E isso não é ficção científica. Nós realmente contruímos esse modelo. Na esquerda, vocês veem nossa câmera femto. Existe um manequim escondido atrás da parede e nós vamos dissipar luz para longe da porta.
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation.
Depois que nosso artigo foi publicado na revista Nature Communications, ele foi destacado na Nature.com,
(Music)
e eles criaram esta animação.
[A laser pulse is fired]
(Música)
(Music)
Nós vamos disparar aquelas 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.
e elas vão atingir essa parede, e por causa dos pacotes de fótons elas vão se espalhar em todas as direções, e alguns deles vão atingir nosso manequim escondido, o qual vai também espalhar aquela luz e novamente, a porta vai refletir parte da luz dissipada, e uma pequena fração de fótons vai, na realidade, voltar para a câmera, mas, ainda mais interessantemente, elas vão chegar com pequenas differenças de tempo.
(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.
E porque nós temos uma câmera que pode filmar tão rápido, a câmera femto, ela possui habilidades únicas. Possui uma resolução de tempo muito boa e pode olhar para o mundo na velocidade da luz. Sendo assim, nós obviamente sabemos a distância até a porta mas também até os objetos escondidos, mas nós não sabemos qual ponto corresponde
(Music)
a qual distância.
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) Depois de disparar um laser, nós podemos gravar uma foto inicial, a qual se vista na tela não faz muito sentindo, mas depois nós tiramos muitas dessas fotos, dúzias dessas fotos, colocamos elas juntas e tentamos analisar os diversos movimentos da luz, e com isso, será que podemos ver o objeto escondido? Podemos vê-lo completo em 3D?
So this is our reconstruction.
Bom, esta é nossa reconstrução. (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.
Agora, nós temos muito a percorrer antes de colocar isso fora do laboratório - na estrada - , mas no futuro nós poderíamos criar carros que evitam colisão com o que está do outro lado da curva, ou nós podemos procurar por sobreviventes em condições de perigo apenas observando a luz refletida em janelas abertas, ou nós podemos construir endoscópios que podem ver dentro do corpo através de oclusões, e também usar em cardioscópios. Mas, é claro, considerando tecidos e sangue isso é bastante desafiador, então isso é uma chamada para cientistas começarem a pensar em fotografia femto como uma nova modalidade de imagem para resolver a próxima geração de imagens de saúde.
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.
Agora, para Doc Edgerton, um cientista, a ciência virou arte, uma arte de fotografia super rápida, e eu percebo que todos os gigabytes de informação que nós coletamos todas as vezes não são apenas para imagens científicas, pois também podemos fazer uma nova forma de fotografia computadorizada com lapso de tempo e código de cores, e nós olhamos para aquelas ondulções. Lembrem-se, o tempo entre aquelas ondas é apenas alguns trilhões 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?
Mas também existe algo engraçado acontecendo aqui. Quando você observa as ondas embaixo da tampa, as ondas estão se movendo para longe de nós. As ondas deveriam estar se movendo na nossa direção. O que está acontecendo aqui?
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.
Acontece que como nós estamos gravando praticamente na velociadade da luz, nós temos efeitos estranhos
(Laughter)
e Einstein adoraria ver essa imagem.
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.
A ordem em que eventos acontecem no mundo aparece na câmera em ordem inversa, então aplicando a correspondente torção no espaço e tempo nós podemos corrigir essa distorção.
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 --
Então, independente de ser para fotografar através de curvas, ou criar a próxima geração de imagens para a saúde, ou criar novas visualizações, desde nossa invenção, nós temos o código aberto de todas as informações e detalhes em nosso site, e nossa expectativa é que a cultura do faça você mesmo, a comunidade criativa e científica irá mostrar-nos que nós deveriamos parar de nos preocupar com
(Laughter)
os megapixels nas câmeras - (Risos) -
and start focusing on the next dimension in imaging. It's about time.
e começar a focar na próxima dimensão em imagem. Já está na hora. Obrigado. (Aplausos)
Thank you.
(Applause)
(Aplausos)