Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar

Ramesh Raskar : Une imagerie à un trillion d'images par seconde

Translator: Joseph Geni Reviewer: Thu-Huong Ha

Traducteur: Anna Cristiana Minoli Relecteur: Elisabeth Buffard

Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

Doc Edgerton nous a impressionnés et intrigués

with this photo of a bullet piercing through an apple,

avec cette photo d'une balle qui transperce une pomme,

and exposure just a millionth of a second.

en un temps de pose d'un millionième de seconde.

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

Maintenant, 50 ans plus tard, nous pouvons aller un million de fois plus vite

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

et voir le monde non pas à un million

ou un milliard,

but one trillion frames per second.

mais un trillion d'images par seconde.

Je vous présente un nouveau type de photographie,

I present to you a new type of photography,

femto-photography,

la femto-photographie,

a new imaging technique so fast

une nouvelle technique d'imagerie tellement rapide

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

qu'elle peut créer une vidéo au ralenti de la lumière en mouvement.

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

Avec ça, nous pouvons créer des appareils photo

qui peuvent regarder dans les coins,

beyond line of sight,

derrière la ligne de vision

or see inside our body without an x-ray,

ou voir à l'intérieur de notre corps sans rayons X,

et vraiment défier notre conception d’un appareil photo.

and really challenge what we mean by a camera.

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

Si je prends un pointeur laser et je l'allume et je l'éteins

in one trillionth of a second --

dans l'espace d'un trillion de secondes,

which is several femtoseconds --

ce qui représente plusieurs femtosecondes,

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

je crée un paquet de photons

d’à peine un millimètre de largeur,

And that packet of photons, that bullet,

et ce paquet de photons, cette balle,

will travel at the speed of light,

voyagera à la vitesse de la lumière,

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

et, encore une fois, un million de fois plus vite qu'une balle ordinaire.

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

Si vous prenez cette balle et ce paquet de photons

and fire into this bottle,

et que vous tirez dans cette bouteille,

how will those photons shatter into this bottle?

comment ces photons iront-ils se fracasser dans cette bouteille ?

How does light look in slow motion?

A quoi ressemble la lumière au ralenti ?

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

Now, the whole event --

Tout l'évènement ... (Applaudissements)

(Applause)

(Applaudissements)

Now remember, the whole event is effectively taking place

Rappelez-vous, tout l'évènement

se déroule en fait en moins d’une nanoseconde,

in less than a nanosecond --

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

c'est la vitesse de la lumière,

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

mais je ralentis la vidéo de 10 milliards de fois

so you can see the light in motion.

pour que vous puissiez voir la lumière en mouvement.

(Laughter)

But Coca-Cola did not sponsor this research.

Coca-Cola n'a pas sponsorisé cette recherche. (Rires)

(Laughter)

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

Il se passe beaucoup de choses dans cette vidéo,

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

je vais donc la décomposer et vous montrer ce qui se passe.

So the pulse enters the bottle, our bullet,

L'impulsion rentre dans la bouteille, notre balle,

with a packet of photons that start traveling through

avec un paquet de photons qui commence à la traverser

and that start scattering inside.

et commence à se disperser à l'intérieur.

Some of the light leaks, goes on the table,

De la lumière s'échappe, va sur la table,

and you start seeing these ripples of waves.

et vous commencez à voir cette ondulation.

Many of the photons eventually reach the cap

Une grande partie des photons arrivent finalement au bouchon

and then they explode in various directions.

et ensuite ils explosent dans toutes les directions.

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

Vous voyez, il y a une bulle d'air,

and it's bouncing around inside.

et elle rebondit à l'intérieur.

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

Pendant ce temps, l'ondulation se déplace sur la table,

and because of the reflections at the top,

et à cause du reflet en haut,

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

vous voyez à l'arrière de la bouteille, après plusieurs images,

les reflets se concentrent.

the reflections are focused.

Si vous prenez une balle ordinaire

Now, if you take an ordinary bullet

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

et vous lui faites parcourir la même distance et vous ralentissez la vidéo

again, by a factor of 10 billion --

à nouveau d'un facteur de 10 milliards, savez-vous

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

combien de temps il vous faudrait rester assis pour regarder la vidéo ?

(Laughter)

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

Une journée, une semaine ? En fait, un an.

It'll be a very boring movie --

Ce serait un film très ennuyeux, (Rires)

(Laughter)

of a slow, ordinary bullet in motion.

d'une balle ordinaire qui se déplace lentement.

And what about some still-life photography?

Et si nous prenions une nature morte ?

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

A nouveau vous voyez les ondes inonder la table,

the tomato and the wall in the back.

la tomate et le mur à l'arrière.

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

C’est un peu comme lancer un caillou dans un étang.

I thought: this is how nature paints a photo,

J’ai pensé : c’est ainsi que la nature représente une photo,

one femto frame at a time,

une image- femto à la fois,

but of course our eye sees an integral composite.

mais bien sûr, nos yeux voient une composition intégrale.

Mais si vous regardez encore une fois la tomate,

But if you look at this tomato one more time,

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

vous remarquerez que pendant que la lumière inonde la tomate,

elle continue de luire. Elle ne devient pas sombre.

it continues to glow.

It doesn't become dark. Why is that?

Pourquoi ? Parce que la tomate est mûre,

Because the tomato is actually ripe,

and the light is bouncing around inside the tomato,

et la lumière rebondit à l’intérieur de la tomate,

and it comes out after several trillionths of a second.

et en ressort plusieurs trillions de secondes plus tard.

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

A l’avenir, quand cet appareil photo femto

sera dans votre portable,

you might be able to go to a supermarket

vous pourrez aller dans un supermarché

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

et vérifier si les fruits sont murs sans les toucher.

(Laughter)

Comment mes collègues au MIT ont-ils créé cet appareil photo ?

So how did my team at MIT create this camera?

En tant que photographes, vous savez,

Now, as photographers, you know,

si vous prenez une photo avec un temps de pose très court, vous capturez très peu de lumière,

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

mais nous irons un milliard de fois plus vite

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

que l’exposition la plus courte que vous utilisez,

so you're going to get hardly any light.

nous capturerons à peine la lumière.

So what we do is we send that bullet --

En fait, nous envoyons la balle,

that packet of photons -- millions of times,

ces paquets de photos, des millions de fois,

and record again and again with very clever synchronization,

en enregistrant encore et encore avec une synchronisation très ingénieuse,

and from the gigabytes of data,

nous rassemblons informatiquement

we computationally weave together

ces giga-octets de données,

to create those femto-videos I showed you.

pour créer les vidéos-femto que je vous ai montrées.

Nous pouvons prendre toutes les données brutes

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

et les traiter de façon intéressante.

So, Superman can fly.

Superman peut voler.

Some other heroes can become invisible.

D’autres héros peuvent devenir invisibles,

But what about a new power for a future superhero:

mais que diriez-vous d’un nouveau pouvoir pour un futur superhéro :

To see around corners.

voir dans les coins ?

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

L’idée est de projeter la lumière sur la porte.

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

Elle rebondira, elle entrera dans la pièce,

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

une partie sera réfléchie sur la porte,

and then back to the camera.

et à nouveau vers l’appareil photo,

And we could exploit these multiple bounces of light.

et nous pourrions exploiter ces multiples rebondissements de la lumière.

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

Ce n’est pas de la science-fiction. Nous l’avons vraiment construit.

On the left, you see our femto-camera.

Sur la gauche, vous voyez notre appareil photo femto.

There's a mannequin hidden behind a wall,

Il y a un mannequin caché derrière le mur,

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

et nous allons faire rebondir la lumière sur la porte.

So after our paper was published in Nature Communications,

Apres la publication de notre article

sur Nature Communications,

it was highlighted by Nature.com,

il a été repris par Nature.com,

and they created this animation.

et ils ont créé cette animation.

(Music)

(Musique)

[A laser pulse is fired]

(Music)

Nous allons tirer ces balles de lumière,

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

and they're going to hit this wall,

qui vont heurter ce mur,

and because of the packet of the photons,

et parce que le paquet de photons,

they will scatter in all the directions,

se dispersera dans toutes les directions,

and some of them will reach our hidden mannequin,

et certains atteindront le mannequin caché,

which in turn will again scatter that light,

qui à son tour dispersera la lumière,

et à nouveau la porte renverra

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

une partie de cette lumière dispersée,

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

et une minuscule fraction de photons

reviendra vers l’appareil photo, mais plus intéressant encore,

but most interestingly,

they will all arrive at a slightly different time slot.

ils arriveront tous à différents intervalles de temps.

(Music)

(Musique)

Et puisque nous avons un appareil photo aussi rapide,

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

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

notre appareil photo femto a des capacités uniques.

It has very good time resolution,

Il a une très bonne résolution,

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

et il peut voir le monde à la vitesse de la lumière.

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

De cette manière, nous connaissons les distances, jusqu'à la porte,

but also to the hidden objects,

mais aussi jusqu'aux objets cachés,

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

mais nous ne savons pas quel point correspond

à quelle distance.

(Music)

(Musique)

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

En projetant un laser nous pouvons enregistrer une photo brute qui,

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

vue à l’écran, n’a aucun sens,

But then we will take a lot of such pictures,

mais ensuite nous prenons beaucoup de photos comme celle-ci,

des dizaines de photos de ce genre, nous les assemblons,

dozens of such pictures, put them together,

and try to analyze the multiple bounces of light,

et nous essayons d’analyser les multiples rebondissements de la lumière,

and from that, can we see the hidden object?

et de là, pouvons-nous voir les objets cachés ?

Can we see it in full 3D?

Pouvons-nous le voir entièrement en 3D ?

So this is our reconstruction.

Voilà donc notre reconstruction. (Musique)

(Music)

(Musique)

(Musique) (Applaudissements)

(Applause)

Il nous faudra encore du temps avant

Now, we have some ways to go

before we take this outside the lab on the road,

de sortir tout ceci du labo, mais à l’avenir,

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

nous pourrons créer des voitures qui évitent les accrochages

with what's around the bend.

avec ce qui est derrière un virage,

Or we can look for survivors in hazardous conditions

ou nous pourrons chercher des survivants dans des conditions dangereuses

by looking at light reflected through open windows.

en regardant la lumière renvoyée à travers des fenêtres ouvertes,

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

ou nous pouvons construire des endoscopes qui voient

à l’intérieur de notre corps autour des occlusions,

and also for cardioscopes.

et aussi pour les cardioscopes.

But of course, because of tissue and blood,

Mais bien sûr, à cause des tissus et du sang,

this is quite challenging,

c’est assez difficile, donc c’est vraiment un appel

so this is really a call for scientists

aux chercheurs pour qu’ils commencent à penser à la femto-photographie

to start thinking about femto-photography

as really a new imaging modality

en tant que nouvelle solution d’imagerie pour résoudre

to solve the next generation of health-imaging problems.

les problèmes d’imagerie médicale de la prochaine génération.

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

Comme pour Doc Edgerton, lui-même scientifique,

science became art --

la science est devenu un art de la photographie ultra-rapide,

an art of ultra-fast photography.

et je me suis rendu compte que tous les giga-octets de données

And I realized

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

que nous recueillons à chaque fois

are not just for scientific imaging.

ne sont pas uniquement pour l’imagerie scientifique, nous pouvons faire aussi

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

une nouvelle forme de photographie informatique

with time-lapse and color coding.

avec intervalles de temps et code couleur,

And we look at those ripples.

et nous regardons ces ondulations. Rappelez-vous,

Remember:

le temps qui passe entre chaque ondulation est seulement

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

de quelques milliardièmes de seconde.

But there's also something funny going on here.

Mais il y a aussi une chose amusante.

Quand vous regardez ces ondulations sous le bouchon,

When you look at the ripples under the cap,

the ripples are moving away from us.

les ondulations s’éloignent de nous.

Les ondulations devraient se rapprocher de nous.

The ripples should be moving towards us.

What's going on here?

Qu’est-ce qui se passe ?

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

Il s’avère que, vu que nous sommes en train d’enregistrer

quasiment à la vitesse de la lumière,

we have strange effects,

nous avons des effets bizarres,

and Einstein would have loved to see this picture.

et Einstein aurait adoré voir cette photo.

(Laughter)

The order at which events take place in the world

L’ordre dans lequel les choses se passent dans le monde

appears in the camera sometimes in reversed order.

apparaissent parfois dans l’appareil photo dans l’ordre inverse,

So by applying the corresponding space and time warp,

aussi en appliquant les décalages temporels et spatiaux correspondants

we can correct for this distortion.

nous pouvons corriger cette distorsion.

So whether it's for photography around corners,

Que ce soit pour photographier dans des coins,

ou pour créer la prochaine génération d’imagerie médicale,

or creating the next generation of health imaging,

or creating new visualizations,

ou pour créer de nouvelles visualisations,

puisque notre invention est open-source,

since our invention,

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

toutes les données et les détails sont sur notre site, nous souhaitons

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

que la communauté des bricoleurs, la communauté des créatifs et des chercheurs

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

nous montre qu’il faut qu’on arrête d’être obsédé

par les mégapixels des appareils photo, (Rires),

(Laughter)

and start focusing on the next dimension in imaging.

et qu'on commence à se concentrer sur la prochaine dimension d’imagerie.

It's about time.

Il est grand temps. Merci. (Applaudissements)

Thank you.

(Applause)

(Applaudissements)