Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar

Ramesh Raskar: Captura de un billón de imágenes por segundo

Translator: Joseph Geni Reviewer: Thu-Huong Ha

Traductor: Sebastian Betti Revisor: Veronica Martinez Starnes

Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

Doc Edgerton nos inspiró asombro y curiosidad

with this photo of a bullet piercing through an apple,

con esta foto de una bala que atraviesa una manzana

and exposure just a millionth of a second.

en una exposición de solo una millonésima de segundo.

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

Pero ahora, 50 años más tarde, podemos ir un millón de veces más rápido

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

y ver el mundo no a un millón

o a mil millones,

but one trillion frames per second.

sino a un billón de cuadros por segundo.

Les presento un nuevo tipo de fotografía:

I present to you a new type of photography,

femto-photography,

la femtofotografía;

a new imaging technique so fast

una nueva técnica tan rápida

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

que puede crear videos en cámara lenta de la luz en movimiento.

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

Y con eso podemos crear cámaras

que pueden ver tras los rincones,

beyond line of sight,

más allá de la línea de visión,

or see inside our body without an x-ray,

o ver el interior del cuerpo sin usar rayos X,

y desafían realmente la idea de cámara.

and really challenge what we mean by a camera.

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

Si tomo un puntero láser y lo enciendo y apago

in one trillionth of a second --

en una billonésima de segundo

which is several femtoseconds --

—o sea, en varios femtosegundos—

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

crearé un paquete de fotones

de apenas un milímetro de ancho

And that packet of photons, that bullet,

y ese paquete de fotones, esa bala,

will travel at the speed of light,

viajará a la velocidad de la luz,

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

y, nuevamente, un millón de veces más rápido que una bala común.

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

Si tomamos esa bala y este paquete de fotones

and fire into this bottle,

y disparamos en esta botella,

how will those photons shatter into this bottle?

¿Cómo se dispersan esos fotones dentro de esta botella?

How does light look in slow motion?

¿Cuál es el aspecto de la luz en cámara lenta?

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

Now, the whole event --

Ahora, todo esto... (Aplausos)

(Applause)

(Aplausos)

Now remember, the whole event is effectively taking place

Recuerden que todo esto

ocurre efectivamente en menos de un nanosegundo

in less than a nanosecond --

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

—es lo que tarda en viajar la luz—

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

pero este video está 10 mil millones de veces más lento

so you can see the light in motion.

para que puedan ver la luz en movimiento.

(Laughter)

But Coca-Cola did not sponsor this research.

Coca-Cola no auspició esta investigación. (Risas)

(Laughter)

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

Ocurren muchas cosas en esta película;

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

desglosaré esta información para mostrar qué está pasando.

So the pulse enters the bottle, our bullet,

El pulso, nuestra bala, entra en la botella

with a packet of photons that start traveling through

con un paquete de fotones que empieza a atravesarla

and that start scattering inside.

y que, dentro, empieza a dispersarse.

Some of the light leaks, goes on the table,

Parte de la luz se fuga, va a la mesa,

and you start seeing these ripples of waves.

y empezamos a ver estas ondulaciones.

Many of the photons eventually reach the cap

Muchos de los fotones finalmente llegan a la tapa

and then they explode in various directions.

y luego explotan en varias direcciones.

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

Como pueden ver, hay una burbuja de aire

and it's bouncing around inside.

que rebota en el interior.

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

En ese tiempo, las ondas viajan por la mesa

and because of the reflections at the top,

y debido a las reflexiones de la parte superior

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

se ve en el fondo de la botella, después de varios cuadros,

que las reflexiones se concentran.

the reflections are focused.

Ahora, si tomamos una bala común y corriente

Now, if you take an ordinary bullet

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

y hacemos que recorra la misma distancia y la vemos en cámara lenta

again, by a factor of 10 billion --

a unas 10 mil millones de veces, ¿cuánto piensan

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

que nos llevaría sentarnos a ver esa película?

(Laughter)

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

¿Un día? ¿Una semana? En realidad, todo un año.

It'll be a very boring movie --

Sería una película muy aburrida (Risas)

(Laughter)

of a slow, ordinary bullet in motion.

de una lenta bala en movimiento.

And what about some still-life photography?

¿Y qué tal probar con naturaleza muerta?

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

Pueden ver las ondas que se apoderan de la mesa,

the tomato and the wall in the back.

del tomate y de la pared del fondo.

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

Es como arrojar una piedra en un estanque.

I thought: this is how nature paints a photo,

Es la forma en que la naturaleza pinta una foto, pensaba,

one femto frame at a time,

de un femtocuadro a la vez,

but of course our eye sees an integral composite.

pero, claro, nuestros ojos ven una composición integral.

Pero si miran una vez más este tomate,

But if you look at this tomato one more time,

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

se darán cuenta de que, a medida que la luz se apodera del tomate,

sigue brillante. No se oscurece.

it continues to glow.

It doesn't become dark. Why is that?

¿Por qué? Porque el tomate está maduro

Because the tomato is actually ripe,

and the light is bouncing around inside the tomato,

y la luz rebota en su interior

and it comes out after several trillionths of a second.

y vuelve a salir luego de varias billonésimas de segundo.

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

En el futuro, cuando esta femtocámara

esté en sus móviles,

you might be able to go to a supermarket

van a poder ir al supermercado

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

y verificar si la fruta está madura sin tener que tocarla.

(Laughter)

¿Para qué creamos esta cámara en el MIT?

So how did my team at MIT create this camera?

Como fotógrafos, ya saben,

Now, as photographers, you know,

si tomamos una foto a baja exposición, entra muy poca luz,

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

pero iremos mil millones de veces más rápido

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

que la exposición más corta,

so you're going to get hardly any light.

así que apenas entrará algo de luz.

So what we do is we send that bullet --

Mandamos esa bala,

that packet of photons -- millions of times,

ese paquete de fotones, millones de veces,

and record again and again with very clever synchronization,

y grabamos una y otra vez con una sincronización muy astuta,

and from the gigabytes of data,

tomamos esos gigabytes de datos

we computationally weave together

y los entrelazamos computacionalmente

to create those femto-videos I showed you.

para crear esos femtovideos que les mostré.

Podemos tomar todos esos datos en crudo

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

y procesarlos de manera interesante.

So, Superman can fly.

Superman puede volar.

Some other heroes can become invisible.

Otros héroes pueden volverse invisibles,

But what about a new power for a future superhero:

¿y si un nuevo poder de un futuro superhéroe

To see around corners.

le permitiera ver tras los rincones?

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

La idea es que podríamos arrojar algo de luz sobre la puerta.

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

Rebotará, entrará a la habitación,

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

una parte se va a reflejar en la puerta,

and then back to the camera.

y desde allí hasta la cámara,

And we could exploit these multiple bounces of light.

de donde podríamos extraer esos múltiples rebotes de luz.

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

No es ciencia ficción. Ya lo hemos construido.

On the left, you see our femto-camera.

A la izquierda, está nuestra femtocámara.

There's a mannequin hidden behind a wall,

Detrás de la pared hay un maniquí

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

y rebotaremos la luz en la puerta.

So after our paper was published in Nature Communications,

Luego de la publicación de nuestro artículo

en Nature Communications,

it was highlighted by Nature.com,

Nature.com lo destacó

and they created this animation.

y creó esta animación.

(Music)

(Música)

[A laser pulse is fired]

(Music)

Dispararemos esas balas de luz,

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

and they're going to hit this wall,

que impactarán en esta pared,

and because of the packet of the photons,

y debido al paquete de fotones

they will scatter in all the directions,

se esparcirán en todas direcciones,

and some of them will reach our hidden mannequin,

y algunas alcanzarán al maniquí oculto

which in turn will again scatter that light,

que a su vez dispersará esa luz

y nuevamente la puerta reflejará

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

parte de esa luz dispersada,

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

y una fracción pequeña de los fotones

regresará a la cámara pero, curiosamente,

but most interestingly,

they will all arrive at a slightly different time slot.

en momentos levemente diferentes.

(Music)

(Música)

Y como tenemos una cámara que funciona así de rápido,

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

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

nuestra femtocámara, tiene capacidades únicas.

It has very good time resolution,

Tiene muy buena resolución temporal

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

y puede mirar al mundo a la velocidad de la luz.

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

Así, conocemos las distancias hasta la puerta

but also to the hidden objects,

y también hasta los objetos ocultos

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

pero no sabemos qué punto corresponde

a qué distancia.

(Music)

(Música)

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

Al proyectar un láser se puede grabar una foto en bruto, que,

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

ven en la pantalla, realmente no tiene ningún sentido,

But then we will take a lot of such pictures,

pero tomaremos muchas imágenes así,

decenas de imágenes, las juntaremos

dozens of such pictures, put them together,

and try to analyze the multiple bounces of light,

y trataremos de analizar los múltiples rebotes de luz,

and from that, can we see the hidden object?

y con eso, ¿podremos ver el objeto oculto?

Can we see it in full 3D?

¿Podremos verlo en 3D?

So this is our reconstruction.

Esta es nuestra reconstrucción. (Música)

(Music)

(Música)

(Música) (Aplausos)

(Applause)

Tenemos cosas por explorar antes de sacar esto

Now, we have some ways to go

before we take this outside the lab on the road,

del laboratorio, pero en el futuro,

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

podríamos crear autos que eviten colisiones

with what's around the bend.

con lo que está a la vuelta de la curva,

Or we can look for survivors in hazardous conditions

o podríamos buscar sobrevivientes en condiciones peligrosas

by looking at light reflected through open windows.

mirando la luz reflejada por las ventanas abiertas,

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

o podríamos construir endoscopios capaces de ver

el interior del cuerpo sorteando oclusores,

and also for cardioscopes.

y lo mismo para los cardioscopios.

But of course, because of tissue and blood,

Pero, claro, debido al tejido y la sangre

this is quite challenging,

esto es bastante difícil, así que en realidad esto es un pedido

so this is really a call for scientists

a los científicos para que empiecen a pensar en la femtofotografía

to start thinking about femto-photography

as really a new imaging modality

como una nueva modalidad de visualización

to solve the next generation of health-imaging problems.

para solucionar los problemas de imagenología en salud de la próxima generación.

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

Así como Doc Edgerton, él mismo un científico,

science became art --

convirtió la ciencia en arte, un arte de fotografías ultrarrápidas,

an art of ultra-fast photography.

me di cuenta de que todos los gigabytes de datos

And I realized

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

que recolectamos cada vez

are not just for scientific imaging.

no son solo para visualizaciones científicas, sino que podemos

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

crear una nueva forma de fotografía computacional

with time-lapse and color coding.

con cámara lenta y código de colores,

And we look at those ripples.

y miremos esas ondas. Recuerden,

Remember:

el tiempo entre cada una de esas ondas es de solo

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

unas billonésimas de segundo.

But there's also something funny going on here.

Pero aquí también ocurre algo divertido.

Si miramos las ondas debajo de la tapa,

When you look at the ripples under the cap,

the ripples are moving away from us.

estas se alejan de nosotros.

Las ondas deberían moverse hacia nosotros.

The ripples should be moving towards us.

What's going on here?

¿Qué ocurre aquí?

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

Resulta que, como estamos grabando

casi a la velocidad de la luz,

we have strange effects,

tenemos efectos extraños.

and Einstein would have loved to see this picture.

A Einstein le habría encantado ver esta imagen.

(Laughter)

The order at which events take place in the world

El orden en que ocurren los eventos en el mundo

appears in the camera sometimes in reversed order.

a veces aparece invertido ante la cámara.

So by applying the corresponding space and time warp,

Aplicando la deformación correspondiente de espacio y tiempo,

we can correct for this distortion.

podemos corregir esta distorsión.

So whether it's for photography around corners,

Ya sea en la fotografía tras los rincones,

o en la próxima generación de imagenología en salud,

or creating the next generation of health imaging,

or creating new visualizations,

o en nuevas visualizaciones,

puesto que nuestra invención es de código abierto,

since our invention,

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

todos los datos y los detalles están en nuestro sitio web y esperamos

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

que la comunidad de investigación, los creativos y amateurs

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

nos muestren que deberíamos dejar de obsesionarnos

con los megapíxeles en las cámaras —(Risas)—

(Laughter)

and start focusing on the next dimension in imaging.

y empezar a centrarnos en la próxima dimensión en imagenología.

It's about time.

Ya es tiempo. Gracias. (Aplausos)

Thank you.

(Applause)

(Aplausos)