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.
ด็อค เอ็ดเกอร์ตัน สร้างแรงบันดาลใจให้เรา ด้วยความน่าเกรงขามและความใคร่รู้ จากภาพกระสุนปืนทะลุผ่านผลแอปเปิล และด้วยเวลาเปิดรับแสงเพียงแค่หนึ่งในล้านของวินาที ตอนนี้ ผ่านมาแล้ว 50 ปี เราสามารถทำได้เร็วกว่านั้นนับล้านเท่า เราเห็นโลกที่ความเร็วไม่ใช่แค่ที่หนึ่งล้าน หรือหนึ่งพันล้าน แต่เห็นที่ความเร็ว หนึ่งล้านล้านเฟรมต่อวินาที
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.
ผมขอนำเสนอวิธีการถ่ายภาพแบบใหม่ การถ่ายภาพที่ความเร็วระดับเฟมโตวินาที เป็นวิธีการถ่ายภาพแบบใหม่ ที่เร็วมาก จนมันสามารถสร้างวิดิโอภาพช้า ของแสงที่กำลังเดินทาง และด้วยสิ่งนี้ เราสามารถสร้างกล้อง ที่มองเห็นอ้อมมุมอับ ที่อยู่นอกเหนือเส้นสายตา หรือเห็นภายในร่างกายเราโดยไม่ต้องใช้เครื่องเอ็กซ์เรย์ และท้าทายความหมายของ กล้องถ่ายภาพ
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?
ทีนี้ ถ้าผม เปิด ปิด เครื่องชี้เลเซอร์สักอัน ภายในเศษหนึ่งส่วนล้านล้านของวินาที -- ซึ่งเท่ากับหลาย เฟมโตวินาที -- ผมจะสร้างกลุ่มโฟตอนเล็กๆ ที่กว้างเพียงแค่หนึ่งมิลลิเมตร และกลุ่มโฟตอนนั้น หรือจะเรียกว่า กระสุนนัดนั้น จะเดินทางด้วยความเร็วแสง ที่ความเร็วนับล้านเท่าของกระสุนธรรมดาทั่วไป ทีนี้ถ้าคุณเอากระสุนนัดนั้น หรือกลุ่มโฟตอนที่ว่า ยิงเข้าใส่ขวด โฟตอนเหล่านั้นจะกระเจิงเข้าสู่ขวดนี้อย่างไร? เราจะเห็นแสงอย่างไรเมื่อดูในภาพช้า
[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]
Now, the whole event --
เหตุการ์ณทั้งหมด --
(Applause)
(เสียงปรบมือ)
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.
ขอย้ำนะครับ ว่าเหตุการณ์ทั้งหมด เกิดขึ้นภายในเวลาน้อยกว่า หนึ่งนาโนวินาที -- นั่นคือเวลาที่แสงใช้ในการเดินทาง -- แต่ผมชะลอวิดิโอนี้ลง หนึ่งหมื่นล้านเท่า เพื่อให้คุณได้เห็นแสงขณะที่มันเดินทาง
(Laughter)
แต่ โคคา-โคล่า ไม่ได้สนับสนุนการวิจัยนี้นะครับ (เสียงหัวเราะ)
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.
ทีนี้ มีหลายสิ่งเกิดขึ้นในภาพยนตร์นี้ ดังนั้นผมจะอธิบายทีละส่วนใหคุณเห็นว่าเกิดอะไรขึ้นบ้าง คือ กลุ่มแสงเริ่มเข้าสู่ขวด ซึ่งคือกระสุนของเรา กลุ่มโฟตอน เริ่มเดินทางทะลุ และเริ่มกระเจิงภายในขวด แสงบางส่วนรั่วออกมา ตกกระทบบนผิวโต๊ะ และคุณจะเริ่มเห็นระลอกคลื่น โฟตอนจำนวนมาก เดินทางถึงฝาขวดในที่สุด จากนั้นมันก็ระเบิดออกในทุกทิศทาง อย่างที่คุณเห็น มีฟองอากาศอยู่ และโฟตอนก็สะท้อนไปมาอยู่ภายใน ในขณะเดียวกัน ระลอกคลื่นก็กำลังเดินทางอยู่บนผิวโต๊ะ และเพราะแสงสะท้อนจากด้านบน คุณจะเห็นว่าที่ด้านหลังของขวด หลังจากนั้นอีกหลายเฟรม แสงสะท้อนเหล่านั้นจะกลับมารวมกัน
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?
ทีนี้ ถ้าคุณเอากระสุนทั่วไป และปล่อยให้มันเดินทางในระยะที่เท่ากัน แล้วทำให้วีดิโอช้าลง หนึ่งหมื่นล้านเท่า คุณรู้ไหมครับว่า คุณจะต้องใช้เวลานั่งดูวีดิโอนี้นานเท่าไหร่?
(Laughter)
A day, a week? Actually, a whole year. It'll be a very boring movie --
หนึ่งวัน หรือหนึ่งสัปดาห์? จริงๆ แล้วจะต้องใช้เวลา 1 ปีเต็ม มันจะเป็นภาพยนตร์ที่น่าเบื่อมาก -- (เสียงหัวเราะ)--
(Laughter)
of a slow, ordinary bullet in motion.
ภาพยนตร์ของกระสุนธรรมดาที่เคลื่อนที่อย่างเชื่องช้า
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.
แล้วถ้าหากเป็นการถ่ายภาพนิ่งหล่ะ? คุณจะเห็นระลอกคลื่นกวาดไปทั่วโต๊ะ ไปที่มะเขือเทศ และผนังด้านหลัง มันเหมือนการโยนหินลงในบ่อน้ำ
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.
ผมคิดว่า นี่คือวิธีที่ธรรมชาติระบายสีภาพถ่าย ทีละหนึ่งเฟมโตเฟรม แต่แน่นอน ตาของเรามองเห็นภาพประกอบที่รวมกัน แต่ถ้าคุณดูมะเขือเทศผลนี้อีกที คุณจะสังเกตเห็นว่าเมื่อแสงสาดลงบนผลมะเขือเทศ มันยังคงเรืองแสงต่อ มันไม่ได้มืดไปเลยในทันที ทำไมเป็นอย่างนั้น? ก็เพราะมะเขือเทศนั้นสุกแล้ว และแสงก็สะท้อนไปมาภายในผลมะเขือเทศ และออกมาได้ หลังจากหลายเศษเสี้ยววินาทีต่อมา ดังนั้นในอนาคต เมื่อกล้องระดับเฟมโตวินาทีนี้ เข้าไปอยู่ในมือถือของคุณ คุณอาจจะไปที่ซุปเปอร์มาร์เก็ต
(Laughter)
และตรวจสอบว่าผลไม้นั้นสุกหรือยัง โดยไม่ต้องแตะมัน
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.
แล้วทีมของผมที่ MIT สร้างกล้องตัวนี้ได้อย่างไร? ในฐานะช่างภาพ คุณจะรู้ดีว่า ถ้าคุณใช้เวลาเปิดรับแสงสั้นๆ คุณจะได้แสงน้อยมาก แต่เราจะทำให้มันเร็วเป็นพันล้านเท่า ของเวลาเปิดรับแสงที่สั้นที่สุดที่คุณทำได้ ดังนั้นคุณแทบจะไม่ได้รับแสงใดๆ เลย ดังนั้น สิ่งที่เราทำก็คือ เราส่งกระสุนออกไป เหล่าโฟตอนกลุ่มเล็กๆ ส่งออกไปนับล้านๆ ครั้ง และบันทึกครั้งแล้วครั้งเล่า ด้วยวิธีการกำหนดจังหวะอย่างชาญฉลาด และจากข้อมูลจำนวนหลายกิกะไบต์ เรานำมันมาผสานมันเข้าด้วยกันโดยการคำนวณ เป็นวีดิโอระดับเฟมโตวินาที ที่ผมเพิ่งฉายให้คุณดู
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.
และเราสามารเอาข้อมูลดิบทั้งหมด และใช้มันในทางที่น่าสนใจ ซุปเปอร์แมน สามารถบินได้ ยอดมนุษย์อื่นๆ สามารถล่องหนได้ แต่ลองนึงถึงพลังพิเศษรูปแบบใหม่สำหรับยอดมนุษย์ในอนาคตดูสิครับ ความสามารถที่จะมองเห็นในมุมอับ แนวคิดคือเราสามารถฉายแสงไปที่ประตู มันจะสะท้อน วิ่งเข้าไปในห้อง บางส่วนจะสะท้อนกลับมาที่ประตู และกลับมาที่กล้อง และเราสามารถใช้ประโยชน์จากแสงที่สะท้อนหลายๆ ครั้งได้
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.
และนี้ไม่ใช่นิยายวิทยาศาสตร์นะครับ เราสร้างมันขึ้นมาแล้ว ทางซ้ายมือนี่คือ กล้องระดับเฟมโตวินาทีของเรา มีหุ่นซ่อนอยู่หลังกำแพง และเราจะสะท้อนแสงจากประตู
So after our paper was published in Nature Communications, it was highlighted by Nature.com, and they created this animation.
หลังจากงานวิจัยได้รับการตีพิมพ์ ในวารสาร Nature Communications เรื่องนี้ถูกยกขึ้นมาเสนอโดย Nature.com
(Music)
และพวกเขาสร้างวิดิโอแอนิเมชันนี้ขึ้นมา
[A laser pulse is fired]
(เสียงเพลง)
(Music)
เรากำลังจะยิงกระสุนแห่งแสง
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.
มันจะสะท้อนที่ผนังนี้ และเพราะกลุ่มโฟตอนเหล่านั้น มันจะกระเจิงออกทุกทิศทาง บางส่วนจะไปถึงหุ่นที่ซ่อนอยู่ ซึ่งในทางกลับกัน จะกระเจิงแสงนั้นอีกทีหนึ่ง และประตูก็จะสะท้อน แสงที่กระเจิงบางส่วน และเพียงเศษเสี้ยวของกลุ่มโฟตอน จะกลับมาถึงกล้อง แต่ที่น่าสนใจก็คือ พวกมันจะกลับมาถึงในเวลาที่ต่างกันออกไปเล็กน้อย
(Music)
(เสียงเพลง)
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.
และเพราะเรามีกล้องที่ทำงานได้เร็วมาก กล้องระดับเฟมโตวินาทีของเรา มันมีความสามารถพิเศษบางอย่าง มันมีความละเอียดด้านเวลาสูงมาก และมันสามารถมองเห็นโลกด้วยความเร็วแสง และเพราะอย่างนี้ เราจึงรู้ระยะทางถึงประตู และยังรู้ระยะทางถึงวัตถุที่ซ่อนอยู่ด้วย แต่เราไม่รู้ว่าจุดไหนเชื่อมโยง
(Music)
กับระยะทางอันไหน
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?
(เสียงเพลง) ด้วยการฉายแสงเลเซอร์ เราสามารถบันทีกภาพได้หนึ่งภาพ ซึ่งเมื่อคุณดูในจอ มันก็ไม่ได้บอกอะไรมาก แต่ทีนี้เราจะถ่ายภาพคล้ายๆกัน อีกหลายๆ ภาพ แล้วเอามันมารวมเข้าด้วยกัน และพยายามที่จะวิเคราะห์การสะท้อนหลายๆ ครั้งของแสง และจากข้อมูลเหล่านั้น เราจะเห็นวัตถุที่ซ่อนอยู่ได้หรือไม่? เราจะเห็นมันในรูปทรงสามมิติหรือไม่?
So this is our reconstruction.
และนี่คือภาพที่เราสร้างขึ้นครับ
(Music)
(เสียงเพลง)
(Applause)
(เสียงเพลง) (เสียงปรบมือ)
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.
ถึงตรงนี้ หนทางของเรายังอีกยาวใกล ก่อนที่จะเอาสิ่งนี้ ออกไปใช้ข้างนอกห้องทดลอง แต่ในอนาคตอันใกล้ เราจะสามารถสร้างรถที่สามารถหลีกเลี่ยงการชน กับสิ่งที่อยู่หลังทางโค้ง เราจะสามารถหาผู้รอดชีวิตในสถานการณ์อันตราย โดยดูแสงที่สะท้อนจากหน้าต่างที่เปิดอยู่ หรือสามารถสร้างกล้องตรวจ ลึกเข้าไปในร่างกาย มองเห็นอ้อมสิ่งกีดขวาง และสร้างกล้องตรวจภายในหัวใจ แต่แน่นอน เพราะมีเนื้อเยื่อและเลือด มันจึงเป็นเรื่องที่ท้าทายมาก ดังนั้นนี่จึงเป็นการเรียกร้อง ให้นักวิทยาศาสตร์เริ่มคิด เกี่ยวกับกล้องระดับเฟมโตวินาที เสมือนเป็นตัวช่วยในการสร้างภาพถ่ายแบบใหม่ ที่จะช่วยแก้ปัญหา ด้านภาพถ่ายทางการแพทย์ในยุคถัดไป
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.
และเช่นเดียวกับ ด็อค เอ็ดเกอร์ตัน ซึ่งก็เป็นนักวิทยาศาสตร์ วิทยาศาสตร์ได้กลายมาเป็นศิลปะ ศิลปะแห่งการถ่ายภาพความเร็วสูง และผมได้ตระหนักว่า ข้อมูลหลายกิกะไบต์ ที่เรารวบรวมไว้ในทุกๆ ครั้ง ไม่ใช่เป็นแค่เพื่อทำภาพทางวิทยาศาสตร์ แต่เรายังสามารถทำ ภาพถ่ายที่สร้างจากการคำนวณรูปแบบใหม่ ด้วยการแสดงเวลาด้วยรหัสสี และเมื่อคุณดูที่ระลอกคลื่นเหล่านั้น โปรดระลึกว่า ระหว่างแต่ละระลอกคลื่นนั้นใช้เวลาเพียง ไม่กี่ส่วนในล้านล้านส่วนของวินาทีเท่านั้น
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?
และนอกจากนี้ยังมีบางสิ่งแปลกประหลาดเกิดขึ้น เมื่อคุณดูระลอกคลื่นใต้จุกขวด ระลอกคลื่นเหล่านั้นกลับคลื่นที่ออกห่างจากเรา ทั้งที่มันควรจะวิ่งเข้าหาเรา มันเกิดอะไรขึ้น?
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.
เหตุผลคือ เพราะเราบันทึกภาพ ใกล้ความเร็วแสง เราจึงได้ผลที่แปลกประหลาด
(Laughter)
และไอน์สไตน์คงจะชื่นชอบ ถ้าเขาได้เห็นภาพนี้
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.
ลำดับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในโลก ปรากฏในกล้องโดยบางครั้งก็เรียงลำดับถอยหลัง ดังนั้นโดยการใช้การบิดตัวของอวกาศและเวลา เราสามารถแก้ไขความบิดเบือนนี้ได้
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 --
ดังนั้น ไม่ว่าจะเป็นเพราะการถ่ายถาพอ้อมมุม หรือสร้างภาพถ่ายทางการแพทย์สำหรับยุคถัดไป หรือสร้างภาพแบบใหม่ๆ นับตั้งแต่การประดิษฐ์ของเรา เราทำให้มันเป็นโอเพนซอร์ซ ข้อมูลและรายละเอียดทั้งหมดอยู่บนเว็บไซต์ของเรา และความหวังของเราก็คือ เหล่านักประดิษฐ์ เหล่าครีเอทีฟ และชุมชนนักวิจัย จะแสดงให้เราเห็นว่า เราควรเลิกหมกมุ่น
(Laughter)
กับเมกะพิกเซลของกล้อง -- (เสียงหัวเราะ) --
and start focusing on the next dimension in imaging. It's about time.
และเริ่มที่จะใส่ใจกับมิติใหม่ของการถ่ายภาพ มันถึงเวลาแล้ว ขอบคุณครับ
Thank you.
(Applause)
(เสียงปรบมือ)