Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar

Translator: Joseph Geni Reviewer: Thu-Huong Ha

Traduttore: Paola B Revisore: Elena Montrasio

Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

Doc Edgerton ci ha sorpreso e incuriosito

with this photo of a bullet piercing through an apple,

con questa foto di un proiettile che trapassa una mela,

and exposure just a millionth of a second.

e un’esposizione di solo un milionesimo di secondo.

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

Oggi, 50 anni dopo, possiamo essere un milione di volte più veloci

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

e vedere il mondo non a un milione,

o a un miliardo,

but one trillion frames per second.

ma a un trilione di fotogrammi al secondo.

Vi presento un nuovo tipo di fotografia,

I present to you a new type of photography,

femto-photography,

la femtofotografia,

a new imaging technique so fast

una nuova tecnica di imaging così veloce

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

che può creare video al rallentatore della luce in movimento.

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

Con tale tecnica possiamo creare macchine fotografiche

che vedono negli angoli,

beyond line of sight,

oltre la linea dello sguardo,

or see inside our body without an x-ray,

oppure vedere all’interno del nostro corpo senza raggi X,

e sfidare lo stesso concetto di macchina fotografica.

and really challenge what we mean by a camera.

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

Se prendo un puntatore laser e lo accendo e spengo

in one trillionth of a second --

in un trilione di secondo --

which is several femtoseconds --

pari a vari femtosecondi --

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

creerò un pacchetto di fotoni

ampi quasi un millimetro,

And that packet of photons, that bullet,

e quel pacchetto di fotoni, quel proiettile,

will travel at the speed of light,

viaggeranno alla velocità della luce,

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

un milione di volte più veloce di un comune proiettile.

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

Ora, se prendete quel proiettile e questo pacchetto di fotoni

and fire into this bottle,

e lo sparate in questa bottiglia,

how will those photons shatter into this bottle?

come si frantumano quei fotoni in questa bottiglia?

How does light look in slow motion?

Che aspetto ha la luce al rallentatore?

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

Now, the whole event --

L’intero evento -- (Applausi)

(Applause)

(Applausi)

Now remember, the whole event is effectively taking place

Ricordatevi che l’intero evento

sta veramente avvenendo in meno di un nanosecondo

in less than a nanosecond --

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

— è il tempo impiegato dalla luce per viaggiare —

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

e in questo video lo vedete rallentato di un fattore pari a 10 miliardi

so you can see the light in motion.

per poter vedere la luce in movimento.

(Laughter)

But Coca-Cola did not sponsor this research.

Coca-Cola non ha sponsorizzato questa ricerca. (Risate)

(Laughter)

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

In questo filmato succedono molte cose,

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

e ora ve le mostrerò.

So the pulse enters the bottle, our bullet,

L’impulso entra nella bottiglia, il nostro proiettile,

with a packet of photons that start traveling through

con un pacchetto di fotoni che inizia ad attraversarla

and that start scattering inside.

e inizia a diffondersi all’interno.

Some of the light leaks, goes on the table,

Un po’ di luce si spande sul tavolo,

and you start seeing these ripples of waves.

e si iniziano a vedere questi guizzi di onde.

Many of the photons eventually reach the cap

Molti fotoni alla fine raggiungono il tappo

and then they explode in various directions.

per poi esplodere in varie direzioni.

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

Come vedete, c’è una bolla d’aria,

and it's bouncing around inside.

e sobbalza qua e là all’interno.

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

Nel frattempo, i guizzi passano per il tavolo,

and because of the reflections at the top,

e per via dei riflessi in alto,

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

sul retro della bottiglia, dopo vari fotogrammi,

vedete i riflessi a fuoco.

the reflections are focused.

Se prendete un comune proiettile,

Now, if you take an ordinary bullet

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

lo lasciate percorrere la stessa distanza e poi rallentate il video

again, by a factor of 10 billion --

di nuovo di un fattore di 10 miliardi,

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

sapete quanto tempo impiegate a vedere il filmato?

(Laughter)

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

Un giorno? Una settimana? No, un anno intero.

It'll be a very boring movie --

Sarebbe un film molto noioso — (Risate) —

(Laughter)

of a slow, ordinary bullet in motion.

di un lento, comune proiettile in movimento.

And what about some still-life photography?

E la fotografia di nature morte?

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

Potete vedere di nuovo i guizzi che passano sul tavolo,

the tomato and the wall in the back.

il pomodoro e la parete sullo sfondo.

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

È come gettare un sasso nell’acqua.

I thought: this is how nature paints a photo,

Questo è il modo in cui la natura fa foto,

one femto frame at a time,

un fotogramma femto alla volta,

but of course our eye sees an integral composite.

ma naturalmente il nostro occhio vede un’immagine composita integrale.

Se guardate ancora una volta questo pomodoro,

But if you look at this tomato one more time,

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

noterete, mentre la luce lo inonda,

che continua a brillare. Non si oscura.

it continues to glow.

It doesn't become dark. Why is that?

Perché succede? Perché il pomodoro è maturo,

Because the tomato is actually ripe,

and the light is bouncing around inside the tomato,

e la luce rimbalza al suo interno,

and it comes out after several trillionths of a second.

e ne esce dopo qualche trilionesimo di secondo.

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

In futuro, quando la tecnologia femto

sarà incorporata nella fotocamera del vostro cellulare,

you might be able to go to a supermarket

sarete in grado, al supermercato,

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

di verificare se il frutto è maturo senza toccarlo.

(Laughter)

Come è riuscito il mio team al MIT a creare questa fotocamera?

So how did my team at MIT create this camera?

Voi fotografi sapete

Now, as photographers, you know,

che con un’esposizione breve avete poca luce,

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

ma noi andremo un miliardo di volte più veloci

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

della vostra più breve esposizione,

so you're going to get hardly any light.

e quindi non ci sarà quasi luce.

So what we do is we send that bullet --

Quello che facciamo è inviare quel proiettile,

that packet of photons -- millions of times,

quel pacchetto di fotoni, milioni di volte,

and record again and again with very clever synchronization,

e registrarlo ogni volta con una sincronizzazione molto intelligente,

and from the gigabytes of data,

e dai gigabyte di dati

we computationally weave together

che intrecciamo insieme, al computer,

to create those femto-videos I showed you.

creiamo i video femto che vi ho mostrato.

Possiamo prendere tutti i dati non elaborati

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

e trattarli con modalità interessanti.

So, Superman can fly.

Così Superman può volare.

Some other heroes can become invisible.

E altri eroi possono diventare invisibili;

But what about a new power for a future superhero:

e che ne dite di un nuovo potere per un supereroe del futuro:

To see around corners.

vedere dietro gli angoli.

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

L’idea è che sia possibile far brillare un po’ di luce sulla porta.

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

Rimbalzerà, andrà dentro alla stanza,

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

un po’ si rifletterà sulla porta,

and then back to the camera.

e poi di nuovo nella fotocamera.

And we could exploit these multiple bounces of light.

Sfrutteremo questi diversi rimbalzi della luce.

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

Non è fantascienza. L’abbiamo costruita veramente.

On the left, you see our femto-camera.

A sinistra c’è la nostra fotocamera femto.

There's a mannequin hidden behind a wall,

C’è un manichino nascosto dietro a quella parete,

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

e faremo rimbalzare della luce sulla porta.

So after our paper was published in Nature Communications,

Dopo essere stato pubblicato

su Nature Communications,

it was highlighted by Nature.com,

il nostro lavoro è stato messo in risalto anche da Nature.com,

and they created this animation.

dove hanno creato questa animazione.

(Music)

(Musica)

[A laser pulse is fired]

(Music)

Spareremo quei proiettili di luce,

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

and they're going to hit this wall,

che andranno a sbattere contro la parete,

and because of the packet of the photons,

e per via del pacchetto di fotoni,

they will scatter in all the directions,

si disperderanno in tutte le direzioni.

and some of them will reach our hidden mannequin,

Alcuni arriveranno fino al nostro manichino nascosto,

which in turn will again scatter that light,

che a sua volta disseminerà quella luce,

e di nuovo la porta rifletterà

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

un po’ di quella luce disseminata;

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

una minuscola frazione di fotoni

tornerà alla fotocamera, ma la cosa più interessante,

but most interestingly,

they will all arrive at a slightly different time slot.

è che arriveranno tutti in slot di tempo leggermente diversi.

(Music)

(Musica)

Proprio perché abbiamo una fotocamera così veloce,

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

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

la nostra fotocamera femto ha capacità uniche.

It has very good time resolution,

Ha una risoluzione temporale molto buona,

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

e può catturare il mondo alla velocità della luce.

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

Così scopriamo la distanza dalla porta, naturalmente,

but also to the hidden objects,

ma anche dagli oggetti nascosti,

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

ma non sappiamo a quale punto corrisponde

quale distanza.

(Music)

(Musica)

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

Illuminando un laser, possiamo registrare una foto non elaborata,

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

e se la vedete su uno schermo non ha molto senso.

But then we will take a lot of such pictures,

Poi però scatteremo molte foto come questa,

decine di foto simili, le metteremo insieme,

dozens of such pictures, put them together,

and try to analyze the multiple bounces of light,

e cercheremo di analizzare i diversi rimbalzi della luce;

and from that, can we see the hidden object?

e da lì, riusciremo a vedere l’oggetto nascosto?

Can we see it in full 3D?

Potremmo vederlo tutto in 3D?

So this is our reconstruction.

Ecco la nostra ricostruzione. (Musica)

(Music)

(Musica)

(Musica) (Applausi)

(Applause)

Abbiamo ancora molto da fare

Now, we have some ways to go

before we take this outside the lab on the road,

prima di poter uscire dal laboratorio ma, in futuro,

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

potremo creare macchine che evitano collusioni

with what's around the bend.

con qualunque cosa stia dietro l’angolo;

Or we can look for survivors in hazardous conditions

o potremo cercare sopravvissuti in situazioni di pericolo

by looking at light reflected through open windows.

guardando la luce riflessa attraverso le finestre aperte;

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

oppure potremo costruire endoscopi

in grado di vedere dentro al corpo, dietro alle occlusioni,

and also for cardioscopes.

e anche cardioscopi.

But of course, because of tissue and blood,

Ma, naturalmente, a causa dei tessuti e del sangue,

this is quite challenging,

sarà una vera e propria sfida; quindi invito gli scienziati

so this is really a call for scientists

a iniziare a pensare alla femtofotografia

to start thinking about femto-photography

as really a new imaging modality

come a una nuova modalità di imaging per la risoluzione dei problemi

to solve the next generation of health-imaging problems.

della prossima generazione di imaging medicale.

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

Così come Doc Edgerton, anch’egli scienziato,

science became art --

trasformò la scienza in arte, un’arte fotografica ultra veloce,

an art of ultra-fast photography.

mi rendo conto che tutti i gigabyte di dati

And I realized

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

che di volta in volta raccogliamo

are not just for scientific imaging.

non servono solo per l’imaging scientifico,

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

ma anche per una nuova forma di fotografia computazionale

with time-lapse and color coding.

con time lapse e codifica di colori.

And we look at those ripples.

Osserviamo quei guizzi.

Remember:

Ricordatevi che il tempo tra ognuno di quei guizzi

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

è di solo qualche trilionesimo di secondo.

But there's also something funny going on here.

E c’è pure un risvolto divertente.

Se si guardano i guizzi sotto al tappo,

When you look at the ripples under the cap,

the ripples are moving away from us.

essi si allontanano da noi;

invece dovrebbero spostarsi verso di noi.

The ripples should be moving towards us.

What's going on here?

Che cosa succede?

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

Poiché stiamo registrando

quasi alla velocità della luce,

we have strange effects,

si hanno strani effetti,

and Einstein would have loved to see this picture.

e, a Einstein, questa foto, sarebbe piaciuta molto.

(Laughter)

The order at which events take place in the world

L’ordine in cui hanno luogo gli eventi nel mondo,

appears in the camera sometimes in reversed order.

nella fotocamera, a volte appare invertito,

So by applying the corresponding space and time warp,

e se applichiamo la deformazione di tempo e spazio corrispondente,

we can correct for this distortion.

possiamo correggere tale distorsione.

So whether it's for photography around corners,

Quindi che si tratti di fotografia dietro agli angoli,

o della creazione della prossima generazione di imaging medicale,

or creating the next generation of health imaging,

or creating new visualizations,

o di nuove visualizzazioni,

dopo la nostra invenzione, sono diventati open source

since our invention,

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

tutti i dati e i tutti i dettagli nel nostro sito web,

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

e ci auguriamo che DIY, la comunità di ricerca e creatività,

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

ci dica che dovremmo smettere con l’ossessione

per i megapixel nelle fotocamere — (Risate) —

(Laughter)

and start focusing on the next dimension in imaging.

e iniziare con la prossima dimensione in imaging.

It's about time.

È venuto il momento. Grazie. (Applausi)

Thank you.

(Applause)

(Applausi)