Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar

Translator: Joseph Geni Reviewer: Thu-Huong Ha

Vertaald door: Rik Delaet Nagekeken door: Els De Keyser

Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

Doc Edgerton vervulde ons met ontzag en nieuwsgierigheid

with this photo of a bullet piercing through an apple,

met deze foto van een kogel die een appel doorboort

and exposure just a millionth of a second.

en een belichting van slechts één miljoenste van een seconde.

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

Maar nu, 50 jaar later, kunnen we een miljoen keer sneller gaan

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

en de wereld niet in één miljoen,

of één miljard,

but one trillion frames per second.

maar in één biljoen frames per seconde bekijken.

Ik stel jullie een nieuw type van fotografie voor,

I present to you a new type of photography,

femto-photography,

femto-fotografie,

a new imaging technique so fast

een nieuwe beeldvormingstechniek die zo snel is

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

dat je een video van licht in slow motion kan maken.

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

Daarmee kunnen we camera's maken

die rond hoeken kunnen kijken,

beyond line of sight,

buiten de lijn van het zicht,

or see inside our body without an x-ray,

of in ons lichaam kunnen kijken zonder röntgenstralen.

Een nieuwe invulling van het begrip camera.

and really challenge what we mean by a camera.

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

Als ik een laserpointer

in one trillionth of a second --

in een biljoenste van een seconde in- en uitschakel

which is several femtoseconds --

-- dat is verscheidene femtosecondes --

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

maak ik een pakketje fotonen

van nauwelijks een millimeter breed,

And that packet of photons, that bullet,

en dat pakketje fotonen, die kogel,

will travel at the speed of light,

beweegt met de lichtsnelheid,

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

en wel een miljoen keer sneller dan een gewone kogel.

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

Als je dit pakket fotonen, die kogel,

and fire into this bottle,

op deze fles afvuurt,

how will those photons shatter into this bottle?

hoe gaan die fotonen zich dan verstrooien in die fles?

How does light look in slow motion?

Hoe ziet licht in slow motion eruit?

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

Now, the whole event --

Het hele gebeuren --

(Applause)

(Applaus)

Now remember, the whole event is effectively taking place

Vergeet niet dat dit hele gebeuren

effectief plaatsvindt in minder dan één nanoseconde

in less than a nanosecond --

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

— dat is de tijd die licht nodig heeft om deze afstand af te leggen —

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

maar 10 miljard keer vertraagd.

so you can see the light in motion.

Je kan de beweging van het licht volgen.

(Laughter)

But Coca-Cola did not sponsor this research.

Coca-Cola heeft dit onderzoek niet gesponsord. (Gelach)

(Laughter)

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

Er gebeurt heel wat in deze film.

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

Ik leg het even uit.

So the pulse enters the bottle, our bullet,

De lichtpuls of onze kogel

with a packet of photons that start traveling through

of een pakket fotonen komt de fles binnen

and that start scattering inside.

en begint te verstrooien.

Some of the light leaks, goes on the table,

Een deel van het licht lekt weg, valt op de tafel,

and you start seeing these ripples of waves.

en je ziet deze rimpelingen van golven.

Many of the photons eventually reach the cap

Veel fotonen bereiken uiteindelijk de schroefdop

and then they explode in various directions.

en verspreiden zich in verschillende richtingen.

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

Je kan binnen een luchtbel

and it's bouncing around inside.

zien rondstuiteren.

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

Ondertussen vallen de rimpelingen op de tafel,

and because of the reflections at the top,

en door de weerkaatsing bovenaan

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

zie je na verschillende frames dat achteraan in de fles

de reflecties gefocust worden.

the reflections are focused.

Mocht je een gewone kogel

Now, if you take an ordinary bullet

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

hetzelfde laten doen en de video

again, by a factor of 10 billion --

10 miljard keer vertragen,

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

hoe lang denk je dan dat die film zou duren?

(Laughter)

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

Een dag, een week? In feite een heel jaar.

It'll be a very boring movie --

Het zou een erg saaie film worden — (Gelach) —

(Laughter)

of a slow, ordinary bullet in motion.

van een langzame, gewone kogel in beweging.

And what about some still-life photography?

Hoe vind je deze stillevenfotografie?

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

Je ziet alweer die rimpelingen over de tafel,

the tomato and the wall in the back.

de tomaat en de muur erachter wegdeinen.

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

Net als een steen in een vijver gooien.

I thought: this is how nature paints a photo,

Zo schildert de natuur een beeld,

one femto frame at a time,

één femtoframe tegelijk,

but of course our eye sees an integral composite.

maar onze ogen zien natuurlijk een integrale compositie.

Maar bekijk deze tomaat nog eens.

But if you look at this tomato one more time,

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

Als het licht van de tomaat wegstroomt,

blijft ze nagloeien. Ze wordt niet donker.

it continues to glow.

It doesn't become dark. Why is that?

Waarom? Omdat ze rijp is,

Because the tomato is actually ripe,

and the light is bouncing around inside the tomato,

het licht wat rondstuitert in de tomaat

and it comes out after several trillionths of a second.

en pas na enkele biljoensten van een seconde eruit komt.

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

Wanneer je in de toekomst zo'n femto-camera

in je cameratelefoon gaat hebben,

you might be able to go to a supermarket

kan je in de supermarkt

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

gelijk controleren of de vrucht rijp is zonder ze aan te raken.

(Laughter)

Hoe is mijn team aan het MIT op dit idee gekomen?

So how did my team at MIT create this camera?

Als fotograaf weet je

Now, as photographers, you know,

dat je bij een korte belichting maar weinig licht krijgt.

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

Maar wij doen het nog een miljard keer sneller

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

dan jullie kortste belichting.

so you're going to get hardly any light.

Wij ontvangen dus nauwelijks enig licht.

So what we do is we send that bullet --

We sturen die kogel,

that packet of photons -- millions of times,

dat fotonenpakket, miljoenen keren uit

and record again and again with very clever synchronization,

en registreren het steeds weer opnieuw met een zeer slimme synchronisatie.

and from the gigabytes of data,

Uit die gigabytes aan gegevens

we computationally weave together

weven wij computationeel

to create those femto-videos I showed you.

die femto-video's tesamen.

Al die ruwe gegevens kunnen wij

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

op zeer interessante manieren behandelen.

So, Superman can fly.

Superman kan vliegen.

Some other heroes can become invisible.

Andere helden kunnen zich onzichtbaar maken,

But what about a new power for a future superhero:

maar zou een toekomstige superheld

To see around corners.

rond hoeken kunnen kijken?

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

We laten wat licht op de deur vallen.

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

Het gaat eraf stuiteren, zich in de kamer verspreiden,

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

en een beetje gaat terug op de deur weerkaatst worden

and then back to the camera.

en dan terug naar de camera.

And we could exploit these multiple bounces of light.

Wij gebruiken deze lichtweerkaatsingen.

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

Dat is geen sciencefiction. We hebben het al gebouwd.

On the left, you see our femto-camera.

Aan de linkerkant zie je onze femto-camera.

There's a mannequin hidden behind a wall,

Er zit een tekenpop verborgen achter een muur,

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

we gaan licht via de deur naar binnen laten schijnen.

So after our paper was published in Nature Communications,

Na publicatie van ons artikel

in Nature Communications

it was highlighted by Nature.com,

werd het opgepikt door Nature.com.

and they created this animation.

Ze maakten deze animatie.

(Music)

(Muziek)

[A laser pulse is fired]

(Music)

We gaan die 'kogels van licht' afvuren,

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

and they're going to hit this wall,

ze gaan deze muur raken,

and because of the packet of the photons,

en omdat het een pakket fotonen is,

they will scatter in all the directions,

gaan ze in alle richtingen verstrooien.

and some of them will reach our hidden mannequin,

Enkelen zullen onze verborgen tekenpop bereiken,

which in turn will again scatter that light,

die zal op zijn beurt dat licht weer verstrooien,

en ook de deur zal het weerkaatsen.

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

Iets van dat verstrooide licht,

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

een heel klein deel van de fotonen,

zal de camera weer bereiken. Maar wat van belang is,

but most interestingly,

they will all arrive at a slightly different time slot.

is dat dat met minimale tijdsverschillen zal gebeuren.

(Music)

(Muziek)

Door zijn enorme snelheid

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

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

bezit onze femto-camera een aantal unieke mogelijkheden.

It has very good time resolution,

Hij heeft zeer goede tijdsresolutie

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

en kan naar de wereld kijken met de snelheid van het licht.

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

Daardoor kennen we de afstanden, uiteraard naar de deur,

but also to the hidden objects,

maar ook naar de verborgen objecten,

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

maar we weten niet welk punt overeenkomt

met welke afstand.

(Music)

(Muziek)

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

Met één laserflits kunnen we een ruwe foto nemen die

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

- kijk maar op het scherm - je nog niets vertelt.

But then we will take a lot of such pictures,

Maar als we veel van deze foto's nemen,

tientallen foto's, ze samenstellen

dozens of such pictures, put them together,

and try to analyze the multiple bounces of light,

en de meerdere weerkaatsingen van licht proberen te analyseren,

and from that, can we see the hidden object?

krijgen we dan het verborgen object te zien?

Can we see it in full 3D?

Zien we het in 3D?

So this is our reconstruction.

Dit onze reconstructie. (Muziek)

(Music)

(Muziek)

(Muziek) (Applaus)

(Applause)

Er is nog een heleboel werk te doen in het lab

Now, we have some ways to go

before we take this outside the lab on the road,

voordat dit de weg op kan, maar in de toekomst

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

gaan auto's botsingen kunnen voorkomen

with what's around the bend.

door te zien wat er achter de bocht gaande is.

Or we can look for survivors in hazardous conditions

Of we kunnen naar overlevenden zoeken onder gevaarlijke omstandigheden

by looking at light reflected through open windows.

door te kijken naar licht weerspiegeld door open vensters,

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

of we kunnen endoscopen bouwen

die diep in het lichaam omheen hindernissen kunnen kijken,

and also for cardioscopes.

ook voor cardioscopen.

But of course, because of tissue and blood,

Maar wegens de ondoorzichtigheid van weefsels en bloed,

this is quite challenging,

gaat dit een hele uitdaging zijn, dus is dit een oproep

so this is really a call for scientists

voor wetenschappers om te gaan denken over femto-fotografie

to start thinking about femto-photography

as really a new imaging modality

als een nieuwe techniek om de volgende generatie problemen

to solve the next generation of health-imaging problems.

van medische beeldvormig op te lossen.

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

Doc Edgerton, zelf een wetenschapper,

science became art --

maakte wetenschap tot kunst, de kunst van ultrasnelle fotografie.

an art of ultra-fast photography.

Ik besefte dat al die gigabytes aan gegevens

And I realized

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

die we telkens weer opslaan

are not just for scientific imaging.

niet alleen bruikbaar zullen zijn voor wetenschappelijke beeldvorming.

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

Ook een nieuwe vorm van computationele fotografie

with time-lapse and color coding.

met time-lapse en kleurcodering wordt mogelijk

And we look at those ripples.

door die rimpelingen.

Remember:

Vergeet niet dat de tijdsduur tussen elk van deze rimpelingen

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

slechts een paar biljoensten van een seconde is.

But there's also something funny going on here.

Maar er gebeurt ook iets grappigs.

Als je kijkt naar de rimpelingen onder de schroefdop,

When you look at the ripples under the cap,

the ripples are moving away from us.

dan bewegen ze van je weg.

Maar ze zouden naar ons toe moeten komen.

The ripples should be moving towards us.

What's going on here?

Wat gebeurt hier?

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

Het blijkt dat, omdat we opnemen

aan bijna de snelheid van het licht,

we have strange effects,

er vreemde effecten optreden.

and Einstein would have loved to see this picture.

Einstein zou dol op deze film zijn geweest.

(Laughter)

The order at which events take place in the world

De volgorde waarin gebeurtenissen in de wereld plaatsvinden

appears in the camera sometimes in reversed order.

verschijnen in de camera soms in omgekeerde volgorde.

So by applying the corresponding space and time warp,

Door toepassing van de overeenkomstige ruimte- en tijdskromming

we can correct for this distortion.

kunnen we voor deze vervorming corrigeren.

So whether it's for photography around corners,

Of het nu gaat om het fotograferen rond hoeken

of de volgende generatie medische beeldvorming

or creating the next generation of health imaging,

or creating new visualizations,

of het creëren van nieuwe visualisaties,

sinds onze uitvinding hebben we

since our invention,

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

alle gegevens en details op onze website open-source gemaakt.

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

We hopen dat de doe-het-zelf-, de creatieve en de onderzoekswereld

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

ons zullen aantonen dat we niet zo geobsedeerd moeten zijn

door de megapixels in camera's — (Gelach) —

(Laughter)

and start focusing on the next dimension in imaging.

en ons concentreren op de volgende dimensie in beeldbewerking.

It's about time.

Dat wordt tijd. Bedankt. (Applaus)

Thank you.

(Applause)

(Applaus)