Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar

Ramesh Raskar: Imagens em um trilhão de quadros por segundo

Translator: Joseph Geni Reviewer: Thu-Huong Ha

Tradutor: Simone Pemp Pereira Revisor: Flávia P. Simões Pires

Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

Doc Edgerton nos inspirou com admiração e curiosidade

with this photo of a bullet piercing through an apple,

com esta foto de uma bala perfurando uma maçã

and exposure just a millionth of a second.

e acontece em apenas um milionésimo de segundo.

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

Mas, agora, 50 anos depois, nós podemos ir um milhão de vezes mais rápido

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

e ver o mundo, não em um milhão,

ou bilhão,

but one trillion frames per second.

mas em um trilhão de imagens por segundo.

Eu apresento a vocês um novo tipo de fotografia,

I present to you a new type of photography,

femto-photography,

fotografia femto,

a new imaging technique so fast

uma nova tecnologia de imagem, tão rápida

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

que pode criar vídeos em câmera lenta da luz em movimento.

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

E com isso, nós podemos criar câmeras

que podem visualizar cantos,

beyond line of sight,

fora do campo de visão

or see inside our body without an x-ray,

ou ver dentro do nosso copo sem um raio X,

e realmente desafiam o que conhecemos como câmera.

and really challenge what we mean by a camera.

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

Agora, se eu pegar um laser e ligá-lo e desligá-lo

in one trillionth of a second --

em um trilionésimo de segundo --

which is several femtoseconds --

o que equivale a diversos femto segundos --

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

Eu vou criar um pacote de fótons

com quase um milímetro de largura,

And that packet of photons, that bullet,

e esse pacote de fóton, a bala,

will travel at the speed of light,

vai viajar na velocidade da luz,

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

e, novamente, um milhão de vezes mais rápida que uma bala comum.

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

Agora, se você pegar essa bala e o pacote de fótons

and fire into this bottle,

e disparar dentro desta garrafa,

how will those photons shatter into this bottle?

como que os fótons se despedaçam dentro da garrafa?

How does light look in slow motion?

Como é a luz em câmera lenta?

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

Now, the whole event --

Então, todo o evento -- (Aplausos)

(Applause)

(Aplausos)

Now remember, the whole event is effectively taking place

Agora, lembrem, todo o evento

está efetivamente acontecendo em menos de um nanosegundo

in less than a nanosecond --

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

-- esse é o tempo que a luz leva para viajar --

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

mas eu estou desacelerando esse vídeo por um fator de 10 bilhões

so you can see the light in motion.

para que vocês possam ver a luz em movimento.

(Laughter)

But Coca-Cola did not sponsor this research.

Mas a Coca-Cola não patrocinou essa pesquisa. (Risos)

(Laughter)

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

Agora, muita coisa está acontecendo nesse filme,

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

então deixe-me dividir e mostrar o que está acontecendo.

So the pulse enters the bottle, our bullet,

Então, o pulso de luz entra na garrafa, nossa bala,

with a packet of photons that start traveling through

com um pacote de fótons que começam a viajar através dela

and that start scattering inside.

e começam a se espalhar por dentro.

Some of the light leaks, goes on the table,

Parte da luz vaza, vai para a mesa,

and you start seeing these ripples of waves.

e vocês começam a ver estas ondulações.

Many of the photons eventually reach the cap

Muitos dos fótons por fim alcançam a tampa

and then they explode in various directions.

e, em seguida, explodem em várias direções.

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

Como vocês podem ver, existe uma bolha de ar,

and it's bouncing around inside.

e ela está saltitando dentro.

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

Enquanto isso, as ondulações estão viajando na mesa,

and because of the reflections at the top,

e por causa das reflexões no topo,

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

vocês veem no fundo da garrafa, depois de diversos quadros,

que as reflexões estão focadas.

the reflections are focused.

Agora, se você pegar uma bala comum

Now, if you take an ordinary bullet

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

e deixá-la viajar a mesma distância e desacelerar o vídeo

again, by a factor of 10 billion --

novamente por um fator de 10 bilhões, vocês sabem

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

quanto tempo vocês precisariam sentar aqui para assistir este filme?

(Laughter)

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

Um dia, uma semana? Na verdade, um ano inteiro.

It'll be a very boring movie --

Seria um filme muito chato -- (Risos) --

(Laughter)

of a slow, ordinary bullet in motion.

de uma lenta bala comum em movimento.

And what about some still-life photography?

E o que dizer sobre fotografia de natureza morta?

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

Vocês podem assistir novamente as ondulações sobre a mesa,

the tomato and the wall in the back.

o tomate e a parede do fundo.

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

É como jogar uma pedra em uma lagoa.

I thought: this is how nature paints a photo,

Eu pensei, é assim que a natureza pinta uma foto,

one femto frame at a time,

com um quadro de femto por vez,

but of course our eye sees an integral composite.

mas é claro que nosso olho enxerga como uma composição integral.

Entretanto, se vocês olharem para esse tomate mais uma vez,

But if you look at this tomato one more time,

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

vocês irão notar que a luz passa pelo tomate

e continua a brilhar. Ela não desaparece.

it continues to glow.

It doesn't become dark. Why is that?

Por que isso? Porque o tomate está na realidade maduro,

Because the tomato is actually ripe,

and the light is bouncing around inside the tomato,

e a luz está se movimentando dentro do tomate,

and it comes out after several trillionths of a second.

e sai depois de diversos trilhões de segundo.

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

Então, no futuro, quando essa câmera femto

estiver no seu celular,

you might be able to go to a supermarket

vocês poderão ir em um supermercado

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

e verificar se a fruta está madura sem nem mesmo tocá-la.

(Laughter)

Então, como meu time na MIT criou essa câmera?

So how did my team at MIT create this camera?

Agora, como fotógrafos, vocês sabem,

Now, as photographers, you know,

que se você tira uma foto de exposição curta, você terá muito pouca luz,

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

mas iremos um bilhão de vezes mais rápido

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

que a sua exposição mais curta,

so you're going to get hardly any light.

então não vamos ter quase nenhuma luz.

So what we do is we send that bullet --

Então, o que fazemos é mandar aquela bala,

that packet of photons -- millions of times,

aqueles pacotes de fótons, milhões de vezes

and record again and again with very clever synchronization,

e gravar diversas vezes com uma sincronização inteligente

and from the gigabytes of data,

e a partir de gigabites de informação

we computationally weave together

nós tecemos computacionalmente as partes

to create those femto-videos I showed you.

para criar aqueles videos femto que eu mostrei para vocês.

E nós podemos pegar todas aquelas informações

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

e trabalhá-las de maneiras muito interessantes.

So, Superman can fly.

Então, o Super-homem pode voar.

Some other heroes can become invisible.

Outros heróis podem ficar invisíveis,

But what about a new power for a future superhero:

mas que tal um novo poder para um super-herói do futuro:

To see around corners.

enxergar o que há nos cantos?

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

A ideia é que nós pudéssemos projetar um pouco de luz na porta.

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

Ela vai viajar, ir dentro do cômodo,

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

e parte dela vai refletir de volta na porta

and then back to the camera.

e depois novamente na câmera,

And we could exploit these multiple bounces of light.

e nós poderíamos explorar esses diversos movimentos de luz.

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

E isso não é ficção científica. Nós realmente contruímos esse modelo.

On the left, you see our femto-camera.

Na esquerda, vocês veem nossa câmera femto.

There's a mannequin hidden behind a wall,

Existe um manequim escondido atrás da parede

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

e nós vamos dissipar luz para longe da porta.

So after our paper was published in Nature Communications,

Depois que nosso artigo foi publicado

na revista Nature Communications,

it was highlighted by Nature.com,

ele foi destacado na Nature.com,

and they created this animation.

e eles criaram esta animação.

(Music)

(Música)

[A laser pulse is fired]

(Music)

Nós vamos disparar aquelas balas de luz

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

and they're going to hit this wall,

e elas vão atingir essa parede,

and because of the packet of the photons,

e por causa dos pacotes de fótons

they will scatter in all the directions,

elas vão se espalhar em todas as direções,

and some of them will reach our hidden mannequin,

e alguns deles vão atingir nosso manequim escondido,

which in turn will again scatter that light,

o qual vai também espalhar aquela luz

e novamente, a porta vai refletir

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

parte da luz dissipada,

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

e uma pequena fração de fótons vai, na realidade,

voltar para a câmera, mas, ainda mais interessantemente,

but most interestingly,

they will all arrive at a slightly different time slot.

elas vão chegar com pequenas differenças de tempo.

(Music)

(Música)

E porque nós temos uma câmera que pode filmar tão rápido,

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

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

a câmera femto, ela possui habilidades únicas.

It has very good time resolution,

Possui uma resolução de tempo muito boa

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

e pode olhar para o mundo na velocidade da luz.

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

Sendo assim, nós obviamente sabemos a distância até a porta

but also to the hidden objects,

mas também até os objetos escondidos,

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

mas nós não sabemos qual ponto corresponde

a qual distância.

(Music)

(Música)

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

Depois de disparar um laser, nós podemos gravar uma foto inicial, a qual

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

se vista na tela não faz muito sentindo,

But then we will take a lot of such pictures,

mas depois nós tiramos muitas dessas fotos,

dúzias dessas fotos, colocamos elas juntas

dozens of such pictures, put them together,

and try to analyze the multiple bounces of light,

e tentamos analisar os diversos movimentos da luz,

and from that, can we see the hidden object?

e com isso, será que podemos ver o objeto escondido?

Can we see it in full 3D?

Podemos vê-lo completo em 3D?

So this is our reconstruction.

Bom, esta é nossa reconstrução. (Música)

(Music)

(Música)

(Música) (Aplausos)

(Applause)

Agora, nós temos muito a percorrer antes de colocar isso

Now, we have some ways to go

before we take this outside the lab on the road,

fora do laboratório - na estrada - , mas no futuro

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

nós poderíamos criar carros que evitam colisão

with what's around the bend.

com o que está do outro lado da curva,

Or we can look for survivors in hazardous conditions

ou nós podemos procurar por sobreviventes em condições de perigo

by looking at light reflected through open windows.

apenas observando a luz refletida em janelas abertas,

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

ou nós podemos construir endoscópios que podem ver

dentro do corpo através de oclusões,

and also for cardioscopes.

e também usar em cardioscópios.

But of course, because of tissue and blood,

Mas, é claro, considerando tecidos e sangue

this is quite challenging,

isso é bastante desafiador, então isso é uma chamada

so this is really a call for scientists

para cientistas começarem a pensar em fotografia femto

to start thinking about femto-photography

as really a new imaging modality

como uma nova modalidade de imagem para resolver

to solve the next generation of health-imaging problems.

a próxima geração de imagens de saúde.

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

Agora, para Doc Edgerton, um cientista,

science became art --

a ciência virou arte, uma arte de fotografia super rápida,

an art of ultra-fast photography.

e eu percebo que todos os gigabytes de informação

And I realized

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

que nós coletamos todas as vezes

are not just for scientific imaging.

não são apenas para imagens científicas, pois também podemos fazer

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

uma nova forma de fotografia computadorizada

with time-lapse and color coding.

com lapso de tempo e código de cores,

And we look at those ripples.

e nós olhamos para aquelas ondulções. Lembrem-se,

Remember:

o tempo entre aquelas ondas é apenas

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

alguns trilhões de segundo.

But there's also something funny going on here.

Mas também existe algo engraçado acontecendo aqui.

Quando você observa as ondas embaixo da tampa,

When you look at the ripples under the cap,

the ripples are moving away from us.

as ondas estão se movendo para longe de nós.

As ondas deveriam estar se movendo na nossa direção.

The ripples should be moving towards us.

What's going on here?

O que está acontecendo aqui?

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

Acontece que como nós estamos gravando

praticamente na velociadade da luz,

we have strange effects,

nós temos efeitos estranhos

and Einstein would have loved to see this picture.

e Einstein adoraria ver essa imagem.

(Laughter)

The order at which events take place in the world

A ordem em que eventos acontecem no mundo

appears in the camera sometimes in reversed order.

aparece na câmera em ordem inversa,

So by applying the corresponding space and time warp,

então aplicando a correspondente torção no espaço e tempo

we can correct for this distortion.

nós podemos corrigir essa distorção.

So whether it's for photography around corners,

Então, independente de ser para fotografar através de curvas,

ou criar a próxima geração de imagens para a saúde,

or creating the next generation of health imaging,

or creating new visualizations,

ou criar novas visualizações,

desde nossa invenção, nós temos o código aberto

since our invention,

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

de todas as informações e detalhes em nosso site, e nossa expectativa

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

é que a cultura do faça você mesmo, a comunidade criativa e científica

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

irá mostrar-nos que nós deveriamos parar de nos preocupar com

os megapixels nas câmeras - (Risos) -

(Laughter)

and start focusing on the next dimension in imaging.

e começar a focar na próxima dimensão em imagem.

It's about time.

Já está na hora. Obrigado. (Aplausos)

Thank you.

(Applause)

(Aplausos)