See invisible motion, hear silent sounds. Cool? Creepy? We can't decide | Michael Rubinstein

マイケル・ルービンスタイン: 見えない動きを見、聞こえない音を聞く。すごい？ それとも気味が悪い？

翻訳: Yasushi Aoki 校正: Eriko T

So over the past few centuries, microscopes have revolutionized our world.

過去数世紀に渡って 顕微鏡は世界を変えてきました

They revealed to us a tiny world of objects, life and structures

小さすぎて肉眼では見えない 物や生物や構造の世界を

that are too small for us to see with our naked eyes.

顕微鏡が明らかにし

They are a tremendous contribution to science and technology.

科学や技術に対して 大いなる貢献をしました

Today I'd like to introduce you to a new type of microscope,

今日ご紹介したいのは 新しいタイプの顕微鏡

a microscope for changes.

「変化を見る顕微鏡」です

It doesn't use optics like a regular microscope

普通の顕微鏡のように 光学的に小さなものを大きく

to make small objects bigger,

見せるのではなく

but instead it uses a video camera and image processing

ビデオと画像処理を使って

to reveal to us the tiniest motions and color changes in objects and people,

肉眼では見えないような 人や物の微細な動きや

changes that are impossible for us to see with our naked eyes.

色の変化を 見えるようにします

And it lets us look at our world in a completely new way.

これは世界に対する まったく別の見方を与えてくれます

So what do I mean by color changes?

色の変化とは どんなものかですが

Our skin, for example, changes its color very slightly

例えば人の肌というのは 血の流れに応じて

when the blood flows under it.

色がかすかに変化します

That change is incredibly subtle,

これはとても 微妙な変化であるため

which is why, when you look at other people,

隣に座っている人を 見たところで

when you look at the person sitting next to you,

肌や顔の色が

you don't see their skin or their face changing color.

変わっているようには 見えません

When we look at this video of Steve here, it appears to us like a static picture,

このスティーブの映像を見ても 静止画のように見えます

but once we look at this video through our new, special microscope,

しかし私達の新しい顕微鏡を 通して見ると

suddenly we see a completely different image.

まったく異なる イメージが現れます

What you see here are small changes in the color of Steve's skin,

肌の色の小さな変化を 100倍増幅することで

magnified 100 times so that they become visible.

目で見て分かる ようにしています

We can actually see a human pulse.

脈拍を見て取る こともできます

We can see how fast Steve's heart is beating,

心拍の早さだけでなく

but we can also see the actual way that the blood flows in his face.

顔を血がどう流れているかも 分かります

And we can do that not just to visualize the pulse,

脈拍を可視化 できるだけでなく

but also to actually recover our heart rates,

心拍数を正確に

and measure our heart rates.

計測することもできます

And we can do it with regular cameras and without touching the patients.

普通のカメラでできて 患者に触れる必要もありません

So here you see the pulse and heart rate we extracted from a neonatal baby

ここでは普通のDSLRカメラで撮った 新生児の映像から

from a video we took with a regular DSLR camera,

脈拍と心拍数を 取り出しています

and the heart rate measurement we get

これで計測した心拍数は

is as accurate as the one you'd get with a standard monitor in a hospital.

病院にある通常の計器によるのと 同様の正確さがあります

And it doesn't even have to be a video we recorded.

映像も自分で撮ったもの である必要はなく

We can do it essentially with other videos as well.

既存のビデオを使うこともできます

So I just took a short clip from "Batman Begins" here

これは『バットマン ビギンズ』の一場面から

just to show Christian Bale's pulse.

クリスチャン・ベールの心拍が 見えるようにしたものです（笑）

(Laughter)

クリスチャン・ベールの心拍が 見えるようにしたものです（笑）

And you know, presumably he's wearing makeup,

映画なのでメークも しているだろうし

the lighting here is kind of challenging,

光の条件にも 難しい面がありますが

but still, just from the video, we're able to extract his pulse

それでも映像から 彼の心拍を

and show it quite well.

非常にうまく 取り出せています

So how do we do all that?

どうやっているのかですが

We basically analyze the changes in the light that are recorded

ビデオのそれぞれの ピクセルに記録された

at every pixel in the video over time,

光の時間的変化を分析し

and then we crank up those changes.

その変化を拡大しています

We make them bigger so that we can see them.

変化が見て分かるくらいに 大きくするわけです

The tricky part is that those signals,

難しいのは 捉えたい変化が

those changes that we're after, are extremely subtle,

非常に小さなものだ ということで

so we have to be very careful when you try to separate them

その変化を 録画につきもののノイズから

from noise that always exists in videos.

注意深く分離する 必要があります

So we use some clever image processing techniques

それぞれのピクセルの ごく正確な色を得るために

to get a very accurate measurement of the color at each pixel in the video,

巧妙な画像処理を 行っています

and then the way the color changes over time,

それから色の 時間変化の仕方を捉え

and then we amplify those changes.

それを拡大して

We make them bigger to create those types of enhanced videos, or magnified videos,

変化が目で見て分かるよう 変化の強調された

that actually show us those changes.

映像を作ります

But it turns out we can do that not just to show tiny changes in color,

このようにして見えるようにできるものには 微細な色の変化だけでなく

but also tiny motions,

微細な動きもあります

and that's because the light that gets recorded in our cameras

カメラに記録される光は 色の変化によってだけでなく

will change not only if the color of the object changes,

物の動きによっても

but also if the object moves.

変化するからです

So this is my daughter when she was about two months old.

これは生後２ヶ月の頃の 私の娘です

It's a video I recorded about three years ago.

３年ほど前に 録画したものです

And as new parents, we all want to make sure our babies are healthy,

親になったばかりの人は 赤ちゃんが健康か 息をしているか

that they're breathing, that they're alive, of course.

生きているか いつも気にかけています

So I too got one of those baby monitors

私も娘の眠っている姿を 見られるよう

so that I could see my daughter when she was asleep.

ベビーモニターを 買いました

And this is pretty much what you'll see with a standard baby monitor.

普通のベビーモニターで見られるのは このような映像です

You can see the baby's sleeping, but there's not too much information there.

眠っている様子は分かりますが 情報は大して得られません

There's not too much we can see.

見て分かる事は 殆どありません

Wouldn't it be better, or more informative, or more useful,

もしこんな風に 見えたとしたら

if instead we could look at the view like this.

もっと情報が得られて 有用ではないでしょうか？

So here I took the motions and I magnified them 30 times,

動きを30倍拡大することで 娘の動きがはっきり見て取れるようになりました

and then I could clearly see that my daughter was indeed alive and breathing.

これで娘が確かに生きて 呼吸しているのが分かります

(Laughter)

（笑）

Here is a side-by-side comparison.

並べて比較したところですが

So again, in the source video, in the original video,

元々のビデオでは

there's not too much we can see,

動きが分かりません

but once we magnify the motions, the breathing becomes much more visible.

しかし動きを拡大した映像では 呼吸の様子がよく分かります

And it turns out, there's a lot of phenomena

この「変化を見る顕微鏡」によって

we can reveal and magnify with our new motion microscope.

明らかにできる身の回りの現象は たくさんあります

We can see how our veins and arteries are pulsing in our bodies.

体の中で静脈や動脈が どう脈打っているか分かります

We can see that our eyes are constantly moving

目が絶えずユラユラ 動いていることも

in this wobbly motion.

よく分かります

And that's actually my eye,

これは私の目で

and again this video was taken right after my daughter was born,

娘が生まれた頃に 撮ったので

so you can see I wasn't getting too much sleep. (Laughter)

あまり寝ていないのが 分かるかと思います（笑）

Even when a person is sitting still,

じっと座っている人からでさえ

there's a lot of information we can extract

多くの情報が得られます

about their breathing patterns, small facial expressions.

呼吸のパターンとか 小さな顔の表情とか

Maybe we could use those motions

このような動きから

to tell us something about our thoughts or our emotions.

その人の思っていることや 感情も分かるかもしれません

We can also magnify small mechanical movements,

エンジンの振動のような 小さな機械の動きも

like vibrations in engines,

拡大して見えるようにできます

that can help engineers detect and diagnose machinery problems,

機械の問題の検出や診断を技術者がするのに 役立つかもしれません

or see how our buildings and structures sway in the wind and react to forces.

建物や構造物が風に揺れたり 反発したりする様子も見て取れます

Those are all things that our society knows how to measure in various ways,

こういった動きを計測する方法なら 以前からありましたが

but measuring those motions is one thing,

その動いている様子を

and actually seeing those motions as they happen

実際に目で見えるようにする というのは

is a whole different thing.

また別の話になります

And ever since we discovered this new technology,

私達はこの技術を開発して以来

we made our code available online so that others could use and experiment with it.

ネット上でプログラムを公開して 誰でも実験できるようにしています

It's very simple to use.

とても簡単に使え

It can work on your own videos.

自分のビデオで 試すことができます

Our collaborators at Quanta Research even created this nice website

私達の協力者のQuanta Researchは ご覧のようなサイトも用意していて

where you can upload your videos and process them online,

ビデオをアップするだけで 結果を見られます

so even if you don't have any experience in computer science or programming,

だからコンピュータサイエンスや プログラミングの知識がまったくなくても

you can still very easily experiment with this new microscope.

簡単にこの顕微鏡で 実験ができます

And I'd like to show you just a couple of examples

これを使ってみんなが どんなことをしているのか

of what others have done with it.

いくつかご覧に入れましょう

So this video was made by a YouTube user called Tamez85.

このビデオはTomez85という YouTubeユーザーが作ったもので

I don't know who that user is,

どういう人なのか知りませんが

but he, or she, used our code

私達のプログラムを使って

to magnify small belly movements during pregnancy.

妊婦のお腹の動きを 拡大しています

It's kind of creepy.

ちょっと不気味ですね

(Laughter)

（笑）

People have used it to magnify pulsing veins in their hands.

ここでは手の静脈の拍動を 拡大しています

And you know it's not real science unless you use guinea pigs,

しかしモルモットを使わなくちゃ 科学っぽくなりませんよね

and apparently this guinea pig is called Tiffany,

このモルモットは ティファニーという名前で

and this YouTube user claims it is the first rodent on Earth

作者はこれが 微細な動きを拡大された

that was motion-magnified.

最初の齧歯類だと 主張しています

You can also do some art with it.

美術作品を作ることもできます

So this video was sent to me by a design student at Yale.

イェール大のデザイン科の学生が 送ってきたもので

She wanted to see if there's any difference

友人の身動きの仕方に 違いがあるか

in the way her classmates move.

知りたかったのだそうです

She made them all stand still, and then magnified their motions.

じっとしているように頼んで それから動きを拡大したものです

It's like seeing still pictures come to life.

写真が動き始めたみたいな 感じがします

And the nice thing with all those examples

これらの例の良いところは

is that we had nothing to do with them.

我々自身何もする必要が なかったことです

We just provided this new tool, a new way to look at the world,

ただ新しい道具と 世界を見る新しい方法を提供するだけで

and then people find other interesting, new and creative ways of using it.

いろんな人が新しくて面白い 創造的な使い方を見つけてくれます

But we didn't stop there.

しかしそれで終わりではありません

This tool not only allows us to look at the world in a new way,

このツールは世界に対し 新しい見方ができるようにするだけでなく

it also redefines what we can do

カメラで出来ることを再定義し

and pushes the limits of what we can do with our cameras.

可能性の限界を 押し広げもします

So as scientists, we started wondering,

科学者として 私達は考え始めました

what other types of physical phenomena produce tiny motions

カメラで計測できる 微細な動きを生み出す物理現象として

that we could now use our cameras to measure?

他にどんなものがあるだろう？

And one such phenomenon that we focused on recently is sound.

そのような現象の１つとして 我々が最近取り組んでいるのが「音」です

Sound, as we all know, is basically changes

音というのは基本的に

in air pressure that travel through the air.

空気中を伝わる空気圧の変化です

Those pressure waves hit objects and they create small vibrations in them,

圧力の波が物にぶつかる時 小さな振動を生じ

which is how we hear and how we record sound.

それを使って私達は音を聞いたり 録音したりしています

But it turns out that sound also produces visual motions.

しかし音は視覚的な 動きも作り出します

Those are motions that are not visible to us

肉眼では見えなくとも

but are visible to a camera with the right processing.

カメラを使って適切に処理すれば 見えるようになります

So here are two examples.

例を２つお見せします

This is me demonstrating my great singing skills.

これは私が素晴らしい歌唱力を 披露しているところです

(Singing)

アー

(Laughter)

（笑）

And I took a high-speed video of my throat while I was humming.

声を出している時の喉を 高速度カメラで撮影しました

Again, if you stare at that video,

元の映像を見ても

there's not too much you'll be able to see,

ほとんど動きは見られませんが

but once we magnify the motions 100 times, we can see all the motions and ripples

動きを100倍拡大してやると 発声に関わる首の部分に

in the neck that are involved in producing the sound.

波のような動きが広がっているのが 分かります

That signal is there in that video.

音の痕跡が映像に 残されているわけです

We also know that singers can break a wine glass

歌手は特定の音程の声を出して グラスを割れる

if they hit the correct note.

という話は 良く知られています

So here, we're going to play a note

ここではグラスの

that's in the resonance frequency of that glass

共鳴周波数の音を

through a loudspeaker that's next to it.

横のスピーカーから 出しています

Once we play that note and magnify the motions 250 times,

その時の動きを 250倍拡大すると

we can very clearly see how the glass vibrates

グラスが音に共鳴して 振動しているのが

and resonates in response to the sound.

はっきり分かります

It's not something you're used to seeing every day.

あまり日常で目にする光景では ありませんね

But this made us think. It gave us this crazy idea.

しかしここから 突飛なアイデアを思いつきました

Can we actually invert this process and recover sound from video

この過程を逆にして 映像から音を 復元できないでしょうか？

by analyzing the tiny vibrations that sound waves create in objects,

音波が物の表面に作り出す 微細な振動を解析して

and essentially convert those back into the sounds that produced them.

元になった音を 生成するのです

In this way, we can turn everyday objects into microphones.

そのようにすれば 身の回りにある物を マイクに変えることができます

So that's exactly what we did.

私達はまさにそれを やってみました

So here's an empty bag of chips that was lying on a table,

テーブルの上にポテトチップの 空き袋があります

and we're going to turn that bag of chips into a microphone

これをビデオ撮影して 音により生じた —

by filming it with a video camera

微細な動きを 解析することで

and analyzing the tiny motions that sound waves create in it.

ポテトチップの袋をマイクロフォンに 変えようというわけです

So here's the sound that we played in the room.

この部屋では こんな音楽を流しています

(Music: "Mary Had a Little Lamb")

(曲『メリーさんのひつじ』)

And this is a high-speed video we recorded of that bag of chips.

そしてポテトチップの袋を 高速度カメラで撮影しました

Again it's playing.

これを見ても

There's no chance you'll be able to see anything going on in that video

何かが起きているようには

just by looking at it,

見えませんが

but here's the sound we were able to recover just by analyzing

映像の中の微細な動きを 解析することで

the tiny motions in that video.

このような音を 再現できました

(Music: "Mary Had a Little Lamb")

(曲『メリーさんのひつじ』)

I call it -- Thank you.

私はこれを—

(Applause)

（拍手）

I call it the visual microphone.

「ビジュアル・マイクロフォン」 と呼んでいます

We actually extract audio signals from video signals.

ビデオ信号からオーディオ信号を 取り出しているのです

And just to give you a sense of the scale of the motions here,

動きの大きさが どれくらいかというと

a pretty loud sound will cause that bag of chips to move less than a micrometer.

かなり大きな音でも ポテトチップの袋の動きは１ミクロン未満です

That's one thousandth of a millimeter.

１ミリの千分の１です

That's how tiny the motions are that we are now able to pull out

そのような小さな動きでも

just by observing how light bounces off objects

映像の中で物に反射する光を 観察することによって

and gets recorded by our cameras.

検出できるのです

We can recover sounds from other objects, like plants.

他の物を使うこともできます たとえば植物とか

(Music: "Mary Had a Little Lamb")

(曲『メリーさんのひつじ』)

And we can recover speech as well.

声を復元することもできます

So here's a person speaking in a room.

こちらでは部屋の中で 人が話しています

Voice: Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,

Mary had a little lamb whose fleece was white as snow, (メリーさんは小さな羊を飼っていた 雪のように白い毛をして)

and everywhere that Mary went, that lamb was sure to go.

and everywhere that Mary went, that lamb was sure to go. (メリーさんの行くところは どこにでも付いてきた)

Michael Rubinstein: And here's that speech again recovered

前と同じ ポテトチップの袋の映像から

just from this video of that same bag of chips.

復元した声です

Voice: Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,

Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,

and everywhere that Mary went, that lamb was sure to go.

and everywhere that Mary went, that lamb was sure to go.

MR: We used "Mary Had a Little Lamb"

『メリーさんのひつじ』を使ったのは

because those are said to be the first words

エジソンが1877年に 蓄音機で

that Thomas Edison spoke into his phonograph in 1877.

最初に録音したのが この歌だったからです

It was one of the first sound recording devices in history.

それは音を記録する 最初の装置の１つでした

It basically directed the sounds onto a diaphragm

音を振動板で受け

that vibrated a needle that essentially engraved the sound on tinfoil

その振動を針に伝え それが筒に巻いたアルミ箔に

that was wrapped around the cylinder.

記録される仕掛けでした

Here's a demonstration of recording and replaying sound with Edison's phonograph.

これはエジソンの蓄音機で 録音し再生するデモです

(Video) Voice: Testing, testing, one two three.

（録音）Testing, testing, one two three.

Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,

Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,

and everywhere that Mary went, the lamb was sure to go.

and everywhere that Mary went, the lamb was sure to go.

Testing, testing, one two three.

（再生）Testing, testing, one two three.

Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,

Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,

and everywhere that Mary went, the lamb was sure to go.

and everywhere that Mary went, the lamb was sure to go.

MR: And now, 137 years later,

137年後の今日

we're able to get sound in pretty much similar quality

音に振動する物の映像だけから 同程度のクオリティの音を

but by just watching objects vibrate to sound with cameras,

再現できるようになりました

and we can even do that when the camera

しかも防音ガラスの 向こう側にある

is 15 feet away from the object, behind soundproof glass.

５メートル離れた物を使って それができるのです

So this is the sound that we were able to recover in that case.

そうやって復元した音がこれです

Voice: Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,

Mary had a little lamb whose fleece was white as snow,

and everywhere that Mary went, the lamb was sure to go.

and everywhere that Mary went, the lamb was sure to go.

MR: And of course, surveillance is the first application that comes to mind.

すぐ思いつく応用は スパイ活動でしょう

(Laughter)

（笑）

But it might actually be useful for other things as well.

しかし他のことにも使えます

Maybe in the future, we'll be able to use it, for example,

もしかしたら 将来宇宙の向こうの音を

to recover sound across space,

再現できるように なるかもしれません

because sound can't travel in space, but light can.

音は宇宙を伝わりませんが 光なら伝わるからです

We've only just begun exploring

私達は この新しい技術の可能性を

other possible uses for this new technology.

探り始めたばかりです

It lets us see physical processes that we know are there

これまで存在するのは 知っていたけれど

but that we've never been able to see with our own eyes until now.

自分の目で見られなかった物理現象を 見えるようにしてくれるのです

This is our team.

これが私の仲間です

Everything I showed you today is a result of a collaboration

今日お見せしたものは みんなここに出ている人達の

with this great group of people you see here,

協力の結果 得られたものです

and I encourage you and welcome you to check out our website,

みなさんにもぜひ 私達のウェブサイトを訪れ

try it out yourself,

自分で試してみて

and join us in exploring this world of tiny motions.

一緒に微細な動きの世界を 探索していただきたいと思います

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

（拍手）