Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar

Translator: Joseph Geni Reviewer: Thu-Huong Ha

Translator: David J. Kreps Finnemann Reviewer: Anders Finn Jørgensen

Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

Doc Edgarton inspirerede os med ærefrygt og nysgerrighed

with this photo of a bullet piercing through an apple,

med dette foto af en kugle der gennemborer et æble,

and exposure just a millionth of a second.

og eksponeringen er kun en milliontedel af et sekund.

But now, 50 years later, we can go a million times faster

Men nu, 50 år senere, kan vi være en million gange hurtigere

and see the world not at a million or a billion,

og se verden, ikke ved en milliontedel,

eller en milliardtedel,

but one trillion frames per second.

men en billion billeder per sekund.

Jeg fremlægger en ny type af fotografering,

I present to you a new type of photography,

femto-photography,

femto-fotografering,

a new imaging technique so fast

en ny billeddannelses teknik der er så hurtig

that it can create slow motion videos of light in motion.

at det kan skabe slow motion videoer af bevægende lys.

And with that, we can create cameras that can look around corners,

Og med det, kan vi skabe kameraer

der kan se rundt om hjørner,

beyond line of sight,

hinsides horisonten

or see inside our body without an x-ray,

eller se ind i vores kroppe uden røntgenstråler,

og virkelig udfordre hvad vi mener med et kamera.

and really challenge what we mean by a camera.

Now if I take a laser pointer and turn it on and off

Hvis vi nu tager en laser pegepind og tænder og slukker den

in one trillionth of a second --

i en billiontedel af et sekund --

which is several femtoseconds --

hvilket er adskillige femtosekunder --

I'll create a packet of photons barely a millimeter wide.

skaber jeg en pakke af fotoner

knap nok en millimeter brede,

And that packet of photons, that bullet,

og den pakke af fotoner, den kugle,

will travel at the speed of light,

rejser med lysets hastighed,

and again, a million times faster than an ordinary bullet.

og, igen, en million gange hurtigere end en almindelig kugle.

Now, if you take that bullet and take this packet of photons

Hvis man tager den kugle og kigger på denne pakke fotoner

and fire into this bottle,

og skyder ind i denne flaske,

how will those photons shatter into this bottle?

hvordan vil de fotoner smadre ind i denne flaske?

How does light look in slow motion?

Hvordan ser lys ud i slow motion?

[Light in Slow Motion ... 10 Billion x Slow]

Now, the whole event --

Men, hele hændelsen -- (Bifald)

(Applause)

(Bifald)

Now remember, the whole event is effectively taking place

Husk nu, at hele hændelsen

faktisk folder sig ud i løbet af mindre en et nanosekund

in less than a nanosecond --

that's how much time it takes for light to travel.

-- så lang tid tager det for lys at rejse --

But I'm slowing down in this video by a factor of 10 billion,

men jeg sætter hastigheden ned i denne video med en faktor på 10 milliarder

so you can see the light in motion.

så man kan se lyset i bevægelse.

(Laughter)

But Coca-Cola did not sponsor this research.

Men, Coca-Cola sponsorerede ikke denne forskning. (Latter)

(Laughter)

Now, there's a lot going on in this movie,

Nu sker der meget i denne film,

so let me break this down and show you what's going on.

så lad mig lige udspecificere det og vise jer hvad der sker.

So the pulse enters the bottle, our bullet,

Så, impulsen kommer ind i flasken, vores kugle,

with a packet of photons that start traveling through

med en pakke fotoner der begyndte at rejse gennem

and that start scattering inside.

og begynder at sprede sig derinde.

Some of the light leaks, goes on the table,

Noget af lyset lækker, kommer på bordet,

and you start seeing these ripples of waves.

og man begynder at se disse krusning af bølger.

Many of the photons eventually reach the cap

Mange af fotonerne når til sidst kapslen

and then they explode in various directions.

og så eksploderer de i forskellige retninger.

As you can see, there's a bubble of air

Og som I kan se, er der en luftboble,

and it's bouncing around inside.

og den bumper rundt derinde.

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

I mellemtiden, rejser krusningerne på bordet,

and because of the reflections at the top,

og på grund af refleksionerne på toppen,

you see at the back of the bottle, after several frames,

kan man se på bagsiden af flasken, efter adskillige billeder,

bliver refleksionerne fokuserede.

the reflections are focused.

Hvis man nu tager en almindelig kugle

Now, if you take an ordinary bullet

and let it go the same distance and slow down the video --

og lader den tilbagelægge den samme afstand og forsinker hastigheden på videoen

again, by a factor of 10 billion --

igen med en faktor af 10 milliarder, ved I

do you know how long you'll have to sit here to watch that movie?

hvor lang tid I skal sidde der for at se filmen?

(Laughter)

A day, a week? Actually, a whole year.

En dag, en uge? Faktisk, et helt år.

It'll be a very boring movie --

Det vil være en utrolig kedelig film -- (Latter) --

(Laughter)

of a slow, ordinary bullet in motion.

af en langsom, almindelig kugle i bevægelse.

And what about some still-life photography?

Og hvad med noget stille dyrelivs fotografering?

You can watch the ripples, again, washing over the table,

Man kan se krusningerne der igen skyller hen over bordet,

the tomato and the wall in the back.

tomaten og væggen i baggrunden.

It's like throwing a stone in a pond of water.

Det er ligesom at kaste en sten i en dam.

I thought: this is how nature paints a photo,

Jeg tænkte, det er sådan naturen maler et billede,

one femto frame at a time,

et femto billede af gangen,

but of course our eye sees an integral composite.

men selvfølgelig ser vores øje en sammensat integral.

Men hvis man ser på denne tomat endnu en gang,

But if you look at this tomato one more time,

you will notice, as the light washes over the tomato,

vil man lægge mærke til, at mens lyset skyller hen over tomaten,

bliver den ved med at gløde. Den bliver ikke mørk.

it continues to glow.

It doesn't become dark. Why is that?

Hvorfor det? Fordi tomaten faktisk er moden,

Because the tomato is actually ripe,

and the light is bouncing around inside the tomato,

og lyset kastes rundt inden i tomaten,

and it comes out after several trillionths of a second.

og den kommer ud efter adskillige billiontedele sekunder.

So in the future, when this femto-camera is in your camera phone,

Så, i fremtiden, når dette femtokamera

er i ens kameratelefon,

you might be able to go to a supermarket

er man måske i stand til at gå i supermarkedet

and check if the fruit is ripe without actually touching it.

og se om frugten er moden uden egentlig at røre den.

(Laughter)

Så hvordan skabte mit team på MIT dette kamera?

So how did my team at MIT create this camera?

Jamen, som fotografer, ved I,

Now, as photographers, you know,

at hvis man tager et billede med kort eksponering, får man meget lidt lys,

if you take a short exposure photo, you get very little light.

men vi er en trillion gange hurtigere

But we're going to go a billion times faster than your shortest exposure,

end jeres korteste eksponering,

so you're going to get hardly any light.

så man får nærmest ingen lys.

So what we do is we send that bullet --

Så, det vi gør er at vi sender den kugle,

that packet of photons -- millions of times,

den pakke af fotoner, millioner af gange,

and record again and again with very clever synchronization,

og optager igen og igen med meget dygtig synkronisering,

and from the gigabytes of data,

og fra de gigabyte af data,

we computationally weave together

væver vi dem beregningsteknisk sammen

to create those femto-videos I showed you.

for at skabe disse femto videoer jeg viste jer.

Og vi kan tage al den rå data

And we can take all that raw data and treat it in very interesting ways.

og behandle det på en meget interessant måde.

So, Superman can fly.

Så, Superman kan flyve.

Some other heroes can become invisible.

Nogen andre helte kan blive usynlige,

But what about a new power for a future superhero:

men hvad med en ny kraft til en fremtidig superhelt:

To see around corners.

til at se om hjørner?

The idea is that we could shine some light on the door,

Ideen er at vi kunne skinne noget lys på døren.

it's going to bounce, go inside the room,

Det vil springe tilbage, gå tilbage ind i lokalet,

some of that is going to reflect back on the door,

noget af det vil reflektere tilbage på døren,

and then back to the camera.

og så tilbage til kameraet,

And we could exploit these multiple bounces of light.

og vi kunne udnytte disse mange forskellige lys tilbagekast.

And it's not science fiction. We have actually built it.

Og det er ikke science fiction. Vi har faktisk bygget den.

On the left, you see our femto-camera.

Til venstre kan I se vores femtokamera.

There's a mannequin hidden behind a wall,

Der er en simpel mannequin bag en væg,

and we're going to bounce light off the door.

og vi vil kaste noget lys tilbage fra døren.

So after our paper was published in Nature Communications,

Så efter vores artikel blev offentliggjort

i Nature Communications,

it was highlighted by Nature.com,

blev den fremhævet af Nature.com,

and they created this animation.

og de lavede denne animation.

(Music)

(Musik)

[A laser pulse is fired]

(Music)

Vi vil skyde disse lyskugler,

Ramesh Raskar: We're going to fire those bullets of light,

and they're going to hit this wall,

og de vil ramme denne væg,

and because of the packet of the photons,

og på grund af pakken med fotoner,

they will scatter in all the directions,

vil de sprede sig i alle retninger,

and some of them will reach our hidden mannequin,

og nogle af dem vil nå vores mannequin,

which in turn will again scatter that light,

der til gengæld igen vil sprede det lys,

og til gengæld vil døren reflektere

and again in turn, the door will reflect some of that scattered light.

noget af det spredte lys,

And a tiny fraction of the photons will actually come back to the camera,

og en lille brøkdel af fotonerne vil faktisk

komme tilbage til kameraet, men mest interessant,

but most interestingly,

they will all arrive at a slightly different time slot.

vil de ankomme på et lidt andet tidspunkt.

(Music)

(Musik)

Og fordi vi har et kamera der er så hurtigt,

And because we have a camera that can run so fast --

our femto-camera -- it has some unique abilities.

vores femtokamera, har det nogle unikke egenskaber.

It has very good time resolution,

Det har en rigtig god tid opløsning

and it can look at the world at the speed of light.

og det kan se på verden med lysets hastighed.

And this way, we know the distances, of course to the door,

Og på denne måde, kender vi afstanden, selvfølgelig til døren,

but also to the hidden objects,

men også til de skjulte genstande,

but we don't know which point corresponds to which distance.

men vi ved ikke hvilket punkt der svarer til

hvilken afstand.

(Music)

(Musik)

By shining one laser, we can record one raw photo,

Ved at lyse en laser, kan vi optage en råt billede, som,

which, if you look on the screen, doesn't really make any sense.

i kigger på skærmen, ikke rigtigt giver nogen mening,

But then we will take a lot of such pictures,

men så vil vi tage en masse af den slags billeder,

dusinvis af den slags billeder, sætte dem sammen,

dozens of such pictures, put them together,

and try to analyze the multiple bounces of light,

og prøve at analysere de adskillige tilbagespring af lys,

and from that, can we see the hidden object?

og af det, kan vi se et skjult objekt?

Can we see it in full 3D?

Kan vi se det i fuld 3D?

So this is our reconstruction.

Så dette er vores rekonstruktion. (Musik)

(Music)

(Musik)

(Musik) (Bifald)

(Applause)

Nu har er der stadig et stykke vej før vi tager dette

Now, we have some ways to go

before we take this outside the lab on the road,

med ud af laboratoriet og med på vejen, men i fremtiden,

but in the future, we could create cars that avoid collisions

kunne vi skabe biler der forhindrer ulykker

with what's around the bend.

med det der er om hjørnet,

Or we can look for survivors in hazardous conditions

eller vi kan se efter overlevende i farlige miljøer,

by looking at light reflected through open windows.

ved at kigge på lyset der reflekteres ud af åbne vinduer,

Or we can build endoscopes that can see deep inside the body around occluders,

eller vi kan bygge endoskoper der kan se

dybt ind i kroppen rundt om indelukker,

and also for cardioscopes.

og også for kardioskoper.

But of course, because of tissue and blood,

Men selvfølgelig, på grund af væv og blod,

this is quite challenging,

er det temmelig udfordrende, så dette er egentlig et kald

so this is really a call for scientists

til alle videnskabsfolk for at begynde at tænke på femto fotografering

to start thinking about femto-photography

as really a new imaging modality

som en virkelig ny billeddannelses behandlingsmetode at behandle

to solve the next generation of health-imaging problems.

den næste generation af helbreds billeddannelses problemer med.

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

Men, ligesom Doc Edgerton, der selv var videnskabsmand,

science became art --

blev videnskab en kunstart, en kunstart af ultra hurtig fotografering,

an art of ultra-fast photography.

og jeg opdagede at alle de gigabyte af data

And I realized

that all the gigabytes of data that we're collecting every time,

som vi indsamler hver gang

are not just for scientific imaging.

ikke kun er til videnskabelig , men vi kan også lave

But we can also do a new form of computational photography,

en ny slags beregningsteknisk fotografering

with time-lapse and color coding.

med tids-overlap og farve kodning,

And we look at those ripples.

og vi kigger på de krusninger. Husk nu,

Remember:

at tiden mellem hver er de krusninger kun er

The time between each of those ripples is only a few trillionths of a second.

et par billiontedele af et sekund.

But there's also something funny going on here.

Men der sker også noget sjovt her.

Når man kigger på krusningerne under kapslen,

When you look at the ripples under the cap,

the ripples are moving away from us.

flytter krusningerne sig væk fra os.

Krusningerne burde komme i vores retning.

The ripples should be moving towards us.

What's going on here?

Hvad sker der her?

It turns out, because we're recording nearly at the speed of light,

Det viser sig, fordi vi optager

næsten med lysets hastighed,

we have strange effects,

har vi mærkelige effekter,

and Einstein would have loved to see this picture.

og Einstein ville have elsket at se dette billede.

(Laughter)

The order at which events take place in the world

Rækkefølgen som disse hændelser sker i, i verden

appears in the camera sometimes in reversed order.

viser sig nogen gange i omvendt rækkefølge i kameraet,

So by applying the corresponding space and time warp,

så ved at tilføje den korresponderende plads og tid forvrængning,

we can correct for this distortion.

kan vi rette op på denne forvrængning.

So whether it's for photography around corners,

Så om det er til at fotografere om hjørner med,

eller at skabe den næste generation af medicinsk billedanalyse,

or creating the next generation of health imaging,

or creating new visualizations,

eller skabe ny visualiseringer,

siden vores opdagelse, har vi open-sourced

since our invention,

we have open-sourced all the data and details on our website,

alle dataene og detaljerne på vores webside, og vores håb er

and our hope is that the DIY, the creative and the research communities

at gør-det-selv folket, det kreative og det videnskabelige samfund

will show us that we should stop obsessing about the megapixels in cameras --

vil vise os, at vi skal holde op med at være besat af

megapixlerne i kameraerne -- (Latter) --

(Laughter)

and start focusing on the next dimension in imaging.

og begynde at fokusere på den næste dimension billedbehandling.

It's about time.

Det handler om tid. Tak. (Bifald)

Thank you.

(Applause)

(Bifald)