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 ne-a produs uimire și curiozitate cu această fotografie a unui glonț străpungând un măr cu expunere de numai o milionime de secundă. Dar acum, după 50 de ani, putem merge de un milion de ori mai rapid și putem vedea lumea nu cu un milion, ori un miliard, ci un trilion de cadre pe secundă.
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.
Vă prezint un nou tip de fotografie, femto-fotografie, o tehnică imagistică atât de rapidă încât poate crea filmări în slow-motion pentru lumina în mișcare. Și cu asta putem crea camere de filmare care pot vedea după colț, dincolo de linia de vizibilitate sau pot vedea în interiorul trupului fără X-ray, și putem redefini ce înseamnă o cameră de filmare.
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?
Dacă aprind un pointer cu laser și-l sting într-o trilionime de secundă -- egal cu câteva femto-secunde -- voi crea un fascicul de fotoni cu lățime abia de 1 mm, și acel fascicul de fotoni, acel glonț, va înainta cu viteza luminii, adică, de un milion de ori mai rapid decât un glonț obișnuit. Dacă luăm acest glonț de fotoni și-l țintim spre această sticlă, cum se vor împrăștia acești fotoni în sticlă? Cum arată lumina în slow-motion?
[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]
Now, the whole event --
Acum, întregul proces --
(Applause)
(Aplauze)
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.
Rețineți, întregul proces se petrece efectiv în mai puțin de o nanosecundă -- atât îi ia luminii să traverseze -- dar încetinesc acest video cu un factor de 10 miliarde ca să puteți vedea lumina în mișcare.
(Laughter)
Dar, Coca-cola nu a sponsorizat această cercetare. (Râsete)
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.
Se petrec multe în această filmare. Permiteți-mi s-o fragmentez ca să vă arăt ce se petrece. Deci, pulsul întră în sticlă, glonțul nostru, cu un fascicul de fotoni care încep să traverseze și încep să se împrăștie în interior. O parte din lumină scapă, ajunge pe masă și începi să vezi aceste unde de lumină. Mare parte din fotoni ajung la capac și apoi explodează în diferite direcții. După cum vedeți, apare o bulă de aer ce ricoșează înăuntru. Între timp, undele înaintează pe masă, iar din cauza reflexiilor vedeți în spatele sticlei, după câteva cadre, reflexiile sunt focalizate.
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?
Acum, dacă iei un glonț obișnuit, îl lași să parcurgă aceeași distanță și încetinești videoclipul, cu un factor de 10 miliarde, știți cât ar trebui să stați aici să urmăriți acea filmare?
(Laughter)
A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
O zi, o săptămână? De fapt, un an întreg. Ar fi un film foarte plictisitor -- (Râsete) --
(Laughter)
of a slow, ordinary bullet in motion.
al unui glonț obișnuit în mișcare lentă.
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.
Și cum ar arăta o fotografie statică? Puteți vedea undele de lumină parcurgând masa, cu roșia și peretele în fundal. E ca aruncarea unei pietricele într-o baltă de apă.
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.
Așa pictează natura o fotografie, femtosecundă cu femtosecundă, deși ochiul nostru vede montajul integral. Dacă vă uitați la această roșie încă odată, veți observa, pe măsură ce lumina se prelinge peste roșie, continuă să strălucească. Nu devine întunecată. De ce? Pentru că roșia e coaptă, iar lumina ricoșează în interiorul roșiei, și iese afară după câteva trilionimi de secundă. Prin urmare, în viitor, când femto-camera va fi în telefonul vostru, ați putea merge la supermarket
(Laughter)
și verifica dacă fructele sunt coapte fără să le atingeți.
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.
Cum a creat echipa mea de la MIT această cameră foto? Acum, fotografii știu, dacă faci o fotografie cu expunere scurtă, dispui de foarte puțină lumină, dar noi mergem de un miliard de ori mai rapid decât cea mai scurtă expunere, așa că nu ai lumină aproape de loc. Ce facem deci, trimitem acel glonț, acel fascicul de lumină, de milioane de ori, și înregistrăm de fiecare dată cu super sincronizare și din gigabaiții de date suprapunem computațional să creăm aceste femto-videoclipuri pe care vi le-am arătat.
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.
Putem lua toate datele primare și le putem trata în moduri foarte interesante. Deci Superman poate zbura. Alți eroi pot deveni invizibili. Dar ce-ați spune de o nouă putere pentru un supererou: să vadă după colțuri? Ideea e că am putea direcționa lumină spre ușă. Va ricoșa, va intra în cameră. O parte se va reflecta înapoi pe ușă, apoi, înapoi în camera foto. Putem exploata aceste ricoșeuri multiple ale luminii.
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.
Nu e science-fiction. Chiar am construit-o. La stânga, vedeți femto-camera noastră. Un manechin se află în spatele ușii. Vom ricoșa lumina de pe ușă.
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation.
După ce lucrarea a fost publicată în Nature Communications, a fost remarcată de Nature.com,
(Music)
care au creat această animație.
[A laser pulse is fired]
(Muzică)
(Music)
Vom declanșa gloanțele de lumină,
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.
vor lovi acest perete, și, pentru că e fascicul de fotoni, se vor împrăștia în toate direcțiile, o parte vor ajunge la manechinul ascuns, care, la rândul său va împrăștia lumina, din nou, o parte se va întoarce spre ușă care va reflecta lumina, iar o parte minusculă de fotoni se va reîntoarce la camera foto. Dar ce-i mai interesant, fotonii vor reveni fiecare cu întârzieri ușor diferite.
(Music)
(Muzică)
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.
Pentru că avem o cameră care poate fotografia atât de rapid, femto-camera noastră are capabilități unice. Are o rezoluție de timp foarte bună. Poate urmări lumea cu viteza luminii. Știm, bineînțeles, distanța până la ușă și, de asemenea, până la obiectul ascuns, dar nu știm care punct corespunde
(Music)
la care distanță.
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?
(Muzică) Cu o pulsație de laser, putem înregistra o poză primară te uiți la ecran, nu se vede nimic. Dar facem multe astfel de poze, zeci de poze, și le suprapunem și analizăm multiplele ricoșeuri ale luminii. Făcând asta, putem vedea obiectul ascuns? Îl putem vedea în 3D?
So this is our reconstruction.
Iată reconstrucția noastră.
(Music)
(Muzică)
(Applause)
(Aplauze)
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.
Mai avem câte ceva de rezolvat înainte să-l scoatem din laborator pe stradă, dar în viitor am putea crea mașini care evită coliziunile cu ce vine de după curbă, sau putem căuta supraviețuitori în condiții riscante, prin lumina reflectată de ferestre deschise, sau putem construi endoscoape care pot vedea în profunzimea trupului nostru evitând ocluziunile și putem construi cardioscoape. Bineînțeles, din cauza țesuturilor și sângelui, nu-i simplu, așa că asta e o provocare pentru cercetători să se gândească la femto-fotografie ca la o nouă modalitate imagistică pentru a rezolva următoarea generație de probleme de imagistică medicală.
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.
La fel ca Doc Edgerton, el însuși om de știință, știința a devenit artă, o artă fotografică ultra rapidă. Am realizat că toți acei gigabaiți de date pe care-i colectăm de fiecare dată nu sunt doar pentru imagistică științifică, ci putem realiza o nouă formă de fotografie computațională cu filmare lentă și codificare de culoare. Când ne uităm la acele unde, amintiți-vă, intervalul dintre acele unde e doar de câteva trilionimi de secundă.
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?
Dar se mai petrece ceva interesant acolo. Când te uiți la undele de sub capac, undele se depărtează de noi. Ar trebui să vină către noi. Ce se întâmplă aici?
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.
Am înțeles că înregistrând la viteză apropiată de viteza luminii, avem efecte ciudate,
(Laughter)
iar Einstein ar fi adorat să vadă această poză.
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.
Ordinea în care se petrec evenimentele în lumea noastră apare inversată uneori în camera foto. Aplicând curbura spațiu-timp corespunzătoare, putem normaliza această distorsiune.
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 --
Fie că-i vorba de fotografierea după colțuri, fie de crearea următoarei generații de imagistică medicală, sau crearea de noi vizualizări, începând cu invenția noastră, am oferit open-source toate datele și detaliile pe site-ul nostru și sperăm ca DIY, comunitatea de cercetare și creație, ne va arăta că e timpul să nu mai fim obsedați
(Laughter)
de megapixelii din camerele foto - (Râsete) -
and start focusing on the next dimension in imaging. It's about time.
ci să ne concentrăm pe următoarea dimensiune în imagistică. E timpul. Mulțumesc.
Thank you.
(Applause)
(Aplauze)