Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar

Translator: Joseph Geni Reviewer: Thu-Huong Ha

Tłumaczenie: Marta Krzeminska Korekta: Capa Girl

Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

Doc Edgerton natchnął nas zdumieniem,

with this photo of a bullet piercing through an apple,

pokazując zdjęcie pocisku przeszywającego jabłko

and exposure just a millionth of a second.

o czasie ekspozycji 1. ułamka sekundy.

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

50 lat później, możemy działać milion razy szybciej

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

i widzieć świat z dokładnością nie miliona, czy miliarda,

i widzieć świat z dokładnością nie miliona, czy miliarda,

but one trillion frames per second.

ale biliona klatek na sekundę.

Pokażę wam nową formę fotografii,

I present to you a new type of photography,

femto-photography,

femto-fotografię,

a new imaging technique so fast

technikę obrazowania tak szybką,

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

że może zarejestrować ruch światła i pokazać go w zwolnionym tempie.

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

Dzięki temu, możemy stworzyć aparaty,

które zajrzą za każdy róg,

beyond line of sight,

poza linię wzroku, do wnętrza naszego ciała,

or see inside our body without an x-ray,

bez promieni Rentgena,

i całkiem zmienić nasze pojęcie o aparatach.

and really challenge what we mean by a camera.

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

Naciskając laserowy wskaźnik,

in one trillionth of a second --

w jednej bilionowej sekundy,

which is several femtoseconds --

czyli kilku femtosekundach,

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

stworzę stumień fotonów

szeroki ledwo na milimetr,

And that packet of photons, that bullet,

i ten strumień fotonów, ten pocisk,

will travel at the speed of light,

będzie się poruszać z prędkością światła,

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

milion razy szybciej niż zwyczajny pocisk.

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

Jeśli weźmiemy ten pocisk, ten strumień fotonów,

and fire into this bottle,

i wstrzelimy w tę butelkę,

how will those photons shatter into this bottle?

w jaki sposób fotony się po niej rozbiją?

How does light look in slow motion?

Jak wygląda światło w zwolnionym tempie?

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

Now, the whole event --

Całe to zdarzenie... (Brawa)

(Applause)

(Brawa)

Now remember, the whole event is effectively taking place

To zdarzenie

trwa mniej niż nanosekundę,

in less than a nanosecond --

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

tyle zajmuje światłu droga,

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

ale ja zwalniam film 10 miliardów razy

so you can see the light in motion.

dzięki czemu widzicie światło w ruchu.

(Laughter)

But Coca-Cola did not sponsor this research.

Coca-Cola nie była sponsorem tych badań. (Śmiech)

(Laughter)

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

Wiele rzeczy się dzieje na tym filmie,

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

opowiem o tym krok po kroku.

So the pulse enters the bottle, our bullet,

Impuls, pocisk, wpada do butelki,

with a packet of photons that start traveling through

ze strumieniem fotonów, które zaczynają się przemieszczać

and that start scattering inside.

i rozpierzchać na boki.

Some of the light leaks, goes on the table,

Trochę światła ulatuje, spada na stół,

and you start seeing these ripples of waves.

i widać takie małe fale.

Many of the photons eventually reach the cap

Wiele z fotonów dociera w końcu do korka

and then they explode in various directions.

i eksploduje w różnych kierunkach.

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

Jest tam bąbelek powietrza,

and it's bouncing around inside.

który obija się w środku.

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

W międzyczasie, fale przemieszczają się po stole,

and because of the reflections at the top,

i dzięki odbiciom w górnej części,

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

widzimy tył butelki,

po chwili odbicia są wyraźne.

the reflections are focused.

Jeśli weźmiemy zwykły pocisk,

Now, if you take an ordinary bullet

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

na tym samym dystansie,

again, by a factor of 10 billion --

po czym znów 10 miliardów razy zwolnimy film,

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

jak długo musielibyśmy tu siedzieć, żeby to obejrzeć?

(Laughter)

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

Dzień, tydzień? Tak naprawdę - cały rok.

It'll be a very boring movie --

Byłby to bardzo nudny film... (Śmiech)

(Laughter)

of a slow, ordinary bullet in motion.

Powolnego, zwykłego pocisku w ruchu.

And what about some still-life photography?

Co powiecie na zdjęcie martwej natury?

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

Możecie zobaczyć jak fale obmywają stół,

the tomato and the wall in the back.

pomidora i ścianę w tle.

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

To jak wrzucanie kamienia do wody.

I thought: this is how nature paints a photo,

To sposób, w jaki tworzy natura,

one femto frame at a time,

po jednej femto-klatce,

but of course our eye sees an integral composite.

jednak oczy widzą tylko całość.

Patrząc na tego pomidora ponownie, widać,

But if you look at this tomato one more time,

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

że kiedy światło się po nim przesuwa,

nadal promieniuje. Nie staje się ciemne.

it continues to glow.

It doesn't become dark. Why is that?

Dlaczego? Bo pomidor jest dojrzały,

Because the tomato is actually ripe,

and the light is bouncing around inside the tomato,

światło odbija się w jego wnętrzu,

and it comes out after several trillionths of a second.

i wychodzi po kilku bilionowych sekundy.

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

W przyszłości, kiedy femto-aparaty

znajdą się w waszych komórkach,

you might be able to go to a supermarket

będziecie mogli iść do sklepu

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

i sprawdzić bez dotykania czy owoc jest dojrzały.

(Laughter)

Jak ekipa w MIT stworzyła ten aparat?

So how did my team at MIT create this camera?

Fotografowie wiedzą,

Now, as photographers, you know,

że krótki czas ekspozycji, da zdjęciu niewiele światła,

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

ale my działamy miliard razy szybciej

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

niż najkrótsza ekspozycja migawki

so you're going to get hardly any light.

więc prawie wcale nie będzie tam światła.

So what we do is we send that bullet --

Puszczamy zatem pocisk,

that packet of photons -- millions of times,

strumień fotonów, miliony razy,

and record again and again with very clever synchronization,

i za każdym razem nagrywamy i synchronizujemy.

and from the gigabytes of data,

Z tych gigabajtów informacji

we computationally weave together

komputerowo wyplatamy

to create those femto-videos I showed you.

takie femto-filmy, jak pokazałem.

Możemy zebrać wszystkie te dane

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

i pracować z nimi na wiele sposobów.

So, Superman can fly.

Superman może latać.

Some other heroes can become invisible.

Inni bohaterowie mogą stać się niewidzialni,

But what about a new power for a future superhero:

a co powiecie na nową moc superbohatera:

To see around corners.

moc widzenia co jest za rogiem?

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

Polega to na tym, że świecimy światło na drzwi.

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

Odbije się ono i wpadnie do pokoju,

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

jakaś część z powrotem na drzwi,

and then back to the camera.

a potem znów do aparatu.

And we could exploit these multiple bounces of light.

Możemy wykorzystać te wielokrotne odbicia.

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

To nie science fiction. Już to zbudowaliśmy.

On the left, you see our femto-camera.

Po lewej jest nasz femto-aparat.

There's a mannequin hidden behind a wall,

Za ścianą schowany jest manekin,

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

a my odbijemy światło od drzwi.

So after our paper was published in Nature Communications,

Po opublikowaniu naszej pracy

w Nature Communications,

it was highlighted by Nature.com,

został on zauważony przez Nature.com.

and they created this animation.

Stworzyli oni tę animację.

(Music)

(Muzyka)

[A laser pulse is fired]

(Music)

Wystrzelone pociski światła

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

and they're going to hit this wall,

uderzają w ścianę.

and because of the packet of the photons,

Ponieważ pocisk zbudowany jest z fotonów,

they will scatter in all the directions,

rozchodzą się we wszystkich kierunkach,

and some of them will reach our hidden mannequin,

część z nich dociera do ukrytego manekina,

which in turn will again scatter that light,

który z powrotem odbija światło,

a następnie drzwi odbiją,

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

część tego światła

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

i ułamkowa część fotonów

wraca do aparatu, najciekawsze

but most interestingly,

they will all arrive at a slightly different time slot.

że każdy dociera tam w troszkę innym czasie.

(Music)

(Muzyka)

Ponieważ femto-aparat działa tak szybko,

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

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

ma niezwykłe zdolności.

It has very good time resolution,

Ma świetną rozdzielczość czasową

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

i może patrzeć na świat z prędkością światła.

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

Dzięki temu, możemy poznać odległości,

but also to the hidden objects,

nie tylko do drzwi, ale też do ukrytych obiektów,

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

jednak nie wiemy, który foton odpowiada

za którą odległość.

(Music)

(Muzyka)

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

Świecąc jednym laserem, zarejestrujemy tylko jedno zdjęcie,

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

które nie ma za bardzo sensu,

But then we will take a lot of such pictures,

ale jeśli zrobimy wiele takich zdjęć,

złożymy je wszystkie razem

dozens of such pictures, put them together,

and try to analyze the multiple bounces of light,

i spróbujemy zbadać wielokrotne odbicia światła

and from that, can we see the hidden object?

czy da się zobaczyć ukryty obiekt?

Can we see it in full 3D?

Czy można go zobaczyć w 3D?

So this is our reconstruction.

Oto rekonstrukcja. (Muzyka)

(Music)

(Muzyka)

(Muzyka) (Brawa)

(Applause)

Jest jeszcze trochę do zrobienia, nim to wszystko

Now, we have some ways to go

before we take this outside the lab on the road,

opuści laboratorium, ale w przyszłości,

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

możemy zbudować samochody unikające kolizji,

with what's around the bend.

możemy szukać ocalałych,

Or we can look for survivors in hazardous conditions

nawet w niebezpiecznych warunkach,

by looking at light reflected through open windows.

obserwując światło wpadające przez otwarte okna,

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

budować endoskopy,

zaglądające do naszego ciała,

and also for cardioscopes.

a także użyć w kardioskopach.

But of course, because of tissue and blood,

To ogromne wyzwanie, ze względu na tkanki i krew.

this is quite challenging,

Ale również wezwanie naukowców,

so this is really a call for scientists

by dostrzegli femo-fotografię

to start thinking about femto-photography

as really a new imaging modality

jako nową technologię obrazowania, która może rozwiązać

to solve the next generation of health-imaging problems.

wiele medycznych problemów.

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

Tak jak Doc Edgerton, naukowiec-artysta,

science became art --

nauka stała się sztuką, sztuką ultra-szybkiej fotografii.

an art of ultra-fast photography.

Te gigabajty danych,

And I realized

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

które zbieramy, służą nie tylko obrazowaniu naukowemu,

are not just for scientific imaging.

możemy je też wykorzystać

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

do stworzenia nowego rodzaju fotografii obliczeniowej,

with time-lapse and color coding.

z ekspozycją poklatkową i kodowaniem kolorami,

And we look at those ripples.

Spójrzmy na te fale.

Remember:

Czas pomiędzy każdą z nich

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

to kilka bilionowych sekundy.

But there's also something funny going on here.

Ale dzieje się tutaj coś zabawnego.

Spójrzcie na fale pod korkiem,

When you look at the ripples under the cap,

the ripples are moving away from us.

one się od nas oddalają.

A powinny poruszać się w naszą stronę.

The ripples should be moving towards us.

What's going on here?

Co się dzieje?

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

Okazuje się, że nagrywając prawie z prędkością światła,

Okazuje się, że nagrywając prawie z prędkością światła,

we have strange effects,

otrzymujemy niezwykłe efekty.

and Einstein would have loved to see this picture.

Einstein na pewno chciałby to zobaczyć.

(Laughter)

The order at which events take place in the world

Kolejność z jaką wydarzenia mają miejsce,

appears in the camera sometimes in reversed order.

czasem zostaje odwrócona przez aparat,

So by applying the corresponding space and time warp,

używając odpowiedniej pętli w czasie i przestrzeni,

we can correct for this distortion.

możemy to naprawić.

So whether it's for photography around corners,

Także czy to dla nowej generacji zdjęć medycznych,

Także czy to dla nowej generacji zdjęć medycznych,

or creating the next generation of health imaging,

or creating new visualizations,

czy tworzenia nowych wizualizacji,

od czasu stworzenia, udostępniamy

since our invention,

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

wszystkie dane na naszej stronie.

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

W nadziei, że społeczność kreatywnych i badaczy,

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

udowodni nam, że powinniśmy skończyć z obsesją

ilości megapikseli w aparatach... (Śmiech)

(Laughter)

and start focusing on the next dimension in imaging.

I skoncentrować się na nowym wymiarze obrazowania.

It's about time.

Najwyższy czas. Dziękuję. (Brawa)

Thank you.

(Applause)

(Brawa)