Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar

Translator: Joseph Geni Reviewer: Thu-Huong Ha

Fordító: Maria Ruzsane Cseresnyes Lektor: Margarita Kopniczky

Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

Doc Edgerton elkápráztatott minket

with this photo of a bullet piercing through an apple,

ezzel a felvétellel, amint egy lövedék áthatol egy almán;

and exposure just a millionth of a second.

az expozíciós idő csak a másodperc milliomod része.

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

Most, 50 évvel később, milliószor gyorsabbak vagyunk ennél,

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

és a világot nem másodpercenkénti millió,

vagy milliárd,

but one trillion frames per second.

hanem billió filmkockán keresztül nézzük.

A fényképezésnek egy új módját mutatom be Önöknek,

I present to you a new type of photography,

femto-photography,

a femtofotográfiát,

a new imaging technique so fast

ami annyira gyors képalkotási technika,

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

hogy képes lassított filmet készíteni a fény mozgásáról.

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

És ezzel olyan kamerákat tudunk készíteni,

ami a sarkok mögé is lát,

beyond line of sight,

a látótéren kívülre,

or see inside our body without an x-ray,

vagy amivel röntgensugarak nélkül is bepillanthatunk testünk belsejébe,

és ami valóban feszegeti már a kamera fogalmunk határát.

and really challenge what we mean by a camera.

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

Ha veszek egy lézerceruzát és be és ki kapcsolgatom

in one trillionth of a second --

a másodperc egybilliomod része alatt,

which is several femtoseconds --

ami néhány femtomásodperc [10-nek a mínusz 15-ik hatványa]

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

akkor a fotonoknak egy alig egy milliméter

széles nyalábját hozom létre,

And that packet of photons, that bullet,

és ez a foton-nyaláb, ez a lövedék,

will travel at the speed of light,

fénysebességgel fog haladni,

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

azaz milliószor gyorsabban, mint a közönséges lövedék.

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

Ha most vesszük azt a lövedéket és ezt a foton-nyalábot

and fire into this bottle,

és megcélozzuk vele ezt a palackot,

how will those photons shatter into this bottle?

hogyan fognak ezek a fotonok behatolni a palack belsejébe?

How does light look in slow motion?

Hogy néz ki a fény lassított felvételen?

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

Now, the whole event --

Ez a teljes folyamat. -- (Taps)

(Applause)

(Taps)

Now remember, the whole event is effectively taking place

Nefelejtsék el, az egész esemény

ténylegesen alig egy nanoszekundum alatt játszódik le,

in less than a nanosecond --

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

-- ez az az idő, ami alatt a fény ezt az utat megteszi --

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

de ezt a filmet tízmilliárdszor lassítva játszom most le,

so you can see the light in motion.

ezért láthatják a fény mozgását.

(Laughter)

But Coca-Cola did not sponsor this research.

A Coca-Cola NEM szponzorálta a kutatást. (Nevetés)

(Laughter)

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

Sok minden történik ezen a filmen,

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

hadd mutassam meg szakaszonként Önöknek, hogy mi történik.

So the pulse enters the bottle, our bullet,

Tehát a rezgés -- a mi lövedékünk -- belép a palackba

with a packet of photons that start traveling through

egy foton-nyalábbal, ami nekiindul keresztül,

and that start scattering inside.

és szóródni kezd a belsejében.

Some of the light leaks, goes on the table,

Valamennyi kijut a fényből az asztalra,

and you start seeing these ripples of waves.

és meglátjuk ezeket a fodros hullámokat.

Many of the photons eventually reach the cap

Végül a fotonok közül sok eléri a kupakot

and then they explode in various directions.

és kitör a legkülönfélébb irányokba.

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

Ahogyan látják, van itt egy légbuborék,

and it's bouncing around inside.

és belül pattog körbe-körbe.

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

Közben a fodrok vándorolnak az asztalon,

and because of the reflections at the top,

és a palack tetejének a tükröződése miatt

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

amint látják a palack hátán, néhány filmkocka után

a tükröződések összefutnak.

the reflections are focused.

Na már most, ha veszünk egy közönséges lövedéket,

Now, if you take an ordinary bullet

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

ami ugyanezt a távolságot teszi meg, és lejátszuk a videót

again, by a factor of 10 billion --

egy 10 milliárdos tényezővel lelassítva, tudják,

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

mennyi ideig kéne itt ülniük, hogy végignézzék a felvételt?

(Laughter)

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

Egy napig? Egy hétig? Valójában, egy egész évig.

It'll be a very boring movie --

Nagyon unalmas film lenne -- (Nevetés) --

(Laughter)

of a slow, ordinary bullet in motion.

egy lassú, közönséges lövedék mozgásáról.

And what about some still-life photography?

És mi a helyzet a csendélet fényképezéssel?

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

Megintcsak láthatjuk a fodrokat, amint súrolják az asztalt,

the tomato and the wall in the back.

a paradicsomot és háttérben a falat.

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

Olyan, mint amikor követ dobunk egy pocsolya vizébe.

I thought: this is how nature paints a photo,

Úgy gondolom, így festi meg a természet a fényképet,

one femto frame at a time,

egy femto kockát egyszerre,

but of course our eye sees an integral composite.

de természetesen a szemünk az ebből összetett képet látja.

De ha erre a paradicsomra újra ránézünk,

But if you look at this tomato one more time,

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

észrevehetjük, ahogyan a fény végigsúrolja a paradicsomot,

folyvást fénylik, nem sötétül el.

it continues to glow.

It doesn't become dark. Why is that?

Vajon miért van ez? Azért, mert a paradicsom érett,

Because the tomato is actually ripe,

and the light is bouncing around inside the tomato,

és a fény össze-vissza verődik a paradicsom belsejében,

and it comes out after several trillionths of a second.

és néhány billiomod másodperc múlva lép ki.

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

Így hát, a ha majd femto-kamera

lesz beépítve a mobilunkba,

you might be able to go to a supermarket

akkor megtehetjük, hogy ha vásárolni megyünk ,

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

ellenőrizni tudjuk majd, hogy érett-e a gyümölcs, anélkül, hogy összefogdosnánk.

(Laughter)

Hogyan is csináltuk ezt a kamerát az MIT-ben?

So how did my team at MIT create this camera?

Akik szoktak fényképezni, tudhatják,

Now, as photographers, you know,

hogy ha nagyon rövid az expozíciós idő, akkor nagyon kevés fény jut a kamerába,

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

de mi milliárdszor gyorsabbak vagyunk

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

a legrövidebb szokásos expozíciónál is,

so you're going to get hardly any light.

így lényegében egyáltalán nem kapunk fényt.

So what we do is we send that bullet --

Azt csináljuk tehát, hogy elküldjük a lövedéket,

that packet of photons -- millions of times,

azokat a foton-nyalábokat, milliószor egymás után,

and record again and again with very clever synchronization,

és rögzítjük újra és újra, nagyon okos szinkronizálással,

and from the gigabytes of data,

és az adatok gigabájtjaiból

we computationally weave together

számítógépesen rakjuk össze a hullámot,

to create those femto-videos I showed you.

hogy elkészítsük azt a femto-videót, amit megmutattam. ---

Vesszük az összes nyers adatot

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

és nagyon érdekes módon használjuk.

So, Superman can fly.

Szupermen tud repülni.

Some other heroes can become invisible.

Más hősök képesek láthatatlanná válni,

But what about a new power for a future superhero:

de mit gondolnak a jövő szuperhősének új képességéröl:

To see around corners.

hogy a falak mögé is lát?

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

Az az ötlet, hogy rávilágítjuk a fényt az ajtóra.

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

Visszaverődik, bemegy a szobába,

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

valamennyi visszaverődik belőle és visszamegy az ajtóra,

and then back to the camera.

és visszajut a kamerához,

And we could exploit these multiple bounces of light.

és fel tudjuk használni a fénynek ezeket a többszörös visszapattanásait

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

És ez nem sci - fi. Valóban elkészítettük.

On the left, you see our femto-camera.

Ott balra látják a femtokameránkat.

There's a mannequin hidden behind a wall,

Van ott egy bábu a fal mögött,

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

és a fényt tükrözzük az ajtóról.

So after our paper was published in Nature Communications,

Azután, hogy megjelentettük a cikkünket

a "Nature Communications"-ben,

it was highlighted by Nature.com,

a Nature.com felkapta,

and they created this animation.

és ők készítették ezt az animációt.

(Music)

(Zene)

[A laser pulse is fired]

(Music)

Kilőjük a fény-lövedékeket,

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

and they're going to hit this wall,

amik nekiütődnek a falnak,

and because of the packet of the photons,

és mivel a foton-nyalábok

they will scatter in all the directions,

minden irányba szétszóródnak,

and some of them will reach our hidden mannequin,

néhány közülük eléri azt az eldugott bábut,

which in turn will again scatter that light,

amiről viszont újra szétszóródik a fény,

és az ajtó szintén visszaver

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

valamennyit a szétszórt fényből,

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

és a fotonoknak egy kis töredéke valóban

visszaér a kamerához, de ami még érdekesebb,

but most interestingly,

they will all arrive at a slightly different time slot.

ezek egy árnyalatnyi időeltolódással érkeznek vissza.

(Music)

(Zene)

És mivel olyan kameránk van, ami nagyon gyorsan működik,

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

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

femto-kameránk, ennek van néhány különleges képessége.

It has very good time resolution,

Nagyon jó az időfelbontása,

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

és a világot fénysebességgel látja.

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

És ezen a módon megtudjuk a távolságokat, természetesen az ajtóig,

but also to the hidden objects,

de ugyanígy az elrejtett tárgyakig is,

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

de nem tudjuk, hogy mely pont felel meg

mely távolságnak.

(Music)

(Zene)

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

Egy lézer-villantással egy nyers képet tudunk készíteni, aminek,

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

ahogyan a képernyőn is látják, nem sok értelme van,

But then we will take a lot of such pictures,

de mi sok ilyen képet készítünk,

sok tucat hasonló képet és összerakjuk őket,

dozens of such pictures, put them together,

and try to analyze the multiple bounces of light,

megpróbáljuk analizálni a fény többszöri visszaverődéseit,

and from that, can we see the hidden object?

és ilyen módon vajon megláthatjuk az elrejtett tárgyat?

Can we see it in full 3D?

Tudjuk látni teljes 3D-ben?

So this is our reconstruction.

Ez itt a rekonstrukciónk. (Zene)

(Music)

(Zene)

(Zene) (Taps)

(Applause)

Van még némi teendőnk, mielőtt kivisszük

Now, we have some ways to go

before we take this outside the lab on the road,

ezt az eszközt a laboratóriumból az utcára, de egyszer majd

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

tudunk olyan autót konstruálni, ami elkerüli az ütközést

with what's around the bend.

azzal, hogy benéz a kanyarba,

Or we can look for survivors in hazardous conditions

vagy meg tudjuk keresni egy katasztrófa túlélőit veszélyes körülmények között

by looking at light reflected through open windows.

a nyitott abalakon keresztül visszaverődő fény segítségével,

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

vagy tudunk olyan endoszkópot építeni ami

mélyen be tud nézni a testben a kitüremkedések mögé,

and also for cardioscopes.

és kardioszkópot.

But of course, because of tissue and blood,

De persze a szövetek és a vér miatt

this is quite challenging,

ez azért nem olyan egyszerű, ez itt tehát egy felhívás

so this is really a call for scientists

a tudósok számára, hogy számoljanak a femto-fotográfiával,

to start thinking about femto-photography

as really a new imaging modality

mint új képalkotó lehetőséggel az egészségügy

to solve the next generation of health-imaging problems.

képalkotási problémáinak következő generációs megoldásában.

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

Mint Doc Edgerton esetében, aki maga is tudós,

science became art --

a tudomány művészetté válik, a szuper gyors fotógráfia művészetévé,

an art of ultra-fast photography.

és rájöttem, hogy az adatoknak a gigabájtjai,

And I realized

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

amiket minden alkalommal összegyűjtünk,

are not just for scientific imaging.

nem csupán a tudományos képalkotás számára vannak, hanem

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

a számítógépes fotógráfia egy új formáját is művelhetjük vele

with time-lapse and color coding.

időeltolással és színkódolással,

And we look at those ripples.

és megfigyeljük azokat a fodrozódásokat. Emlékszünk rá,

Remember:

hogy azok között a fodrozódások között

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

mindössze pár trillionod másodperc telt el.

But there's also something funny going on here.

De valami érdekes dolog is történik itt.

Ha a kupak alatti fodrokat nézzük,

When you look at the ripples under the cap,

the ripples are moving away from us.

a fodrok távolodnak tőlünk.

A fodroknak közeledni kellene hozzánk.

The ripples should be moving towards us.

What's going on here?

Mi történik itt?

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

Rájöttünk, hogy mivel a felvételt közel

fénysebességgel rögzítjük,

we have strange effects,

különös jelenségek lépnek fel,

and Einstein would have loved to see this picture.

Einstein bizonyára szívesen nézegette volna ezt a képet.

(Laughter)

The order at which events take place in the world

A valóság eseményei

appears in the camera sometimes in reversed order.

a kamerában néha fordított sorrendben játszódnak le,

So by applying the corresponding space and time warp,

így a megfelelő tér- és időeltolást alkalmazva

we can correct for this distortion.

korrigálni tudjuk ezt a torzulást.

So whether it's for photography around corners,

Akár a sarkok mögötti fényképezésről van szó,

akár az gyógyászatban használatos képalkotás következő generációjáról,

or creating the next generation of health imaging,

or creating new visualizations,

vagy úgy megjelenítési mód létrehozásáról,

amióta ezen dolgozunk, minden adat, az összes részlet

since our invention,

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

szabad felhasználásra [open source] elérhető a honlapunkon, és reméljük,

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

hogy ez a DIY [csináld magad!], a kutató- és alkotóközösség

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

megmutatja, hogy nem kéne már azon gyötrődni,

hogy hány megapixeles a kamera -- (Nevetés) --

(Laughter)

and start focusing on the next dimension in imaging.

hanem el kéne kezdeni a képalkotás következő dimenziójára összpontosítani.

It's about time.

Ez pedig az időről szól. Köszönöm. (Taps)

Thank you.

(Applause)

(Taps)