Imaging at a trillion frames per second | Ramesh Raskar

Translator: Joseph Geni Reviewer: Thu-Huong Ha

Translator: Dao Ngoc Hanh Reviewer: Long Le Ngoc

Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

Doc Edgerton khiến chúng ta kính sợ và tò mò

with this photo of a bullet piercing through an apple,

với hình ảnh một viên đạn đang xuyên thấu một quả táo,

and exposure just a millionth of a second.

diễn ra chỉ phần triệu giây.

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

Nhưng giờ đây, sau 50 năm, chúng ta có thể thực hiện nhanh hơn hàng triệu lần

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

và quan sát thế giới không chỉ ở mức một triệu hay một tỷ

but one trillion frames per second.

mà là ngàn tỷ bức hình trong một giây.

I present to you a new type of photography,

Tôi cho các bạn thấy một hình thức chụp ảnh mới,

femto-photography,

chụp ảnh cao tần,

a new imaging technique so fast

một kỹ thuật chụp ảnh rất nhanh

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

đến nổi mà có thể tạo ra một video quay chậm của chuyển động ánh sáng.

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

Với điều đó, chúng ta có thể tạo ra các máy ảnh có thể nhìn khắp các góc,

beyond line of sight,

ngoài tầm nhìn thấy,

or see inside our body without an x-ray,

hay nhìn xuyên thấu cơ thể chúng ta mà không cần x-quang,

and really challenge what we mean by a camera.

rất khó để diễn đạt ý của chúng tôi bằng một chiếc máy ảnh.

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

Bây giờ, nếu tôi lấy một con trỏ laze, bật rồi tắt nó

in one trillionth of a second --

với tốc độ một phần nghìn tỷ giây

which is several femtoseconds --

hoặc bằng vài triệu tỉ giây

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

Tôi tạo ra một chuỗi lượng tử không rộng tới 1 milimet.

And that packet of photons, that bullet,

Và chuổi lượng tử này, những viên đạn,

will travel at the speed of light,

sẽ di chuyển với tốc độ ánh sáng,

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

và lần nữa, nhanh hơn một triệu lần so với một viên đạn thông thường.

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

Bây giờ, nếu bạn lấy những viên đạn đó và lấy chuổi lượng tử này

and fire into this bottle,

rồi bắn vào một cái chai,

how will those photons shatter into this bottle?

những hạt lượng tử này sẽ vỡ như thế nào bên trong chai?

How does light look in slow motion?

Ánh sáng trông như thế nào khi chuyển động chậm?

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

[Ánh sáng trong chuyển động chậm--- chậm lại 10 tỷ lần]

Now, the whole event --

Bây giờ, tóm lại---

(Applause)

(Vổ tay)

Now remember, the whole event is effectively taking place

Nhớ rằng, toàn bộ quá trình diễn ra trong khoảng thời gian

in less than a nanosecond --

ít hơn một nanô giây---

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

đó là thời gian cho ánh sáng di chuyển.

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

Tôi đang làm chậm lại video này với tốc độ một phần 10 tỷ,

so you can see the light in motion.

vì thế các bạn có thể thấy ánh sáng di chuyển.

(Laughter)

(Cười)

But Coca-Cola did not sponsor this research.

Nhưng mà, Coca-Cola không tài trợ cho nghiên cứu này.

(Laughter)

(Cười)

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

Bây giờ, có nhiều thứ đang tiếp tục với thước phim này,

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

thế nên để tôi bóc mẽ và cho các bạn thấy điều đang tiếp diến.

So the pulse enters the bottle, our bullet,

Nhịp đập bên trong cái chai, các viên đạn,

with a packet of photons that start traveling through

với một chuỗi lượng tử bắt đầu di chuyển không ngừng

and that start scattering inside.

và chúng bắt đầu phát tán bên trong.

Some of the light leaks, goes on the table,

Một chút ánh sáng rò rỉ di chuyển trên bàn,

and you start seeing these ripples of waves.

Và các bạn bắt đầu thấy các gợn sóng.

Many of the photons eventually reach the cap

Các lượng tử cuối cùng đạt đỉnh

and then they explode in various directions.

và sau đó chúng nổ ra nhiều hướng.

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

Như các bạn thấy, có một bóng khí

and it's bouncing around inside.

và nó đang nhảy múa bên trong.

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

Trong lúc đó, các gợn sóng đang di chuyển trên bàn,

and because of the reflections at the top,

và nhờ sự phản xạ trên đỉnh,

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

các bạn sẽ thấy phía sau cái chai, sau vài khung hình,

the reflections are focused.

các hình ảnh phản chiếu hội tụ lại.

Now, if you take an ordinary bullet

Bây giờ, nếu ta lấy một viên đạn thông thường

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

và bắn cùng khoảng cách và làm chậm video lại

again, by a factor of 10 billion --

với tốc độ một phần 10 tỷ

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

bạn có biết phải ngồi ở đây bao lâu để xem bộ phim này không?

(Laughter)

(Cười)

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

Một ngày, một tuần? Thật ra là cả năm.

It'll be a very boring movie --

Đó sẽ là một bộ phim cực nhàm chán

(Laughter)

(Cười)

of a slow, ordinary bullet in motion.

về chuyển động chậm của đạn thường.

And what about some still-life photography?

Thế chụp tĩnh vật thì sao?

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

Các bạn có thể thấy lại các gợn sóng, dập dờn trên bàn,

the tomato and the wall in the back.

quả cà chua và một bức tường phía sau.

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

Giống như ném một hòn đá vào hồ nước.

I thought: this is how nature paints a photo,

Tôi đã nghĩ: đây là cách thiên nhiên tạo hình,

one femto frame at a time,

một bức hình cao tần tại một thời điểm,

but of course our eye sees an integral composite.

dĩ nhiên mắt các bạn thấy được kiến trúc tổng thể.

But if you look at this tomato one more time,

Nhưng nếu bạn nhìn lại quả cà chua một lần nữa,

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

hãy để ý, ánh sáng xuyên qua quả cà chua,

it continues to glow.

và trở nên rực rỡ hơn.

It doesn't become dark. Why is that?

nó không hề tối đi. Tại sao vậy?

Because the tomato is actually ripe,

Bởi vì cà chua thực sự chín,

and the light is bouncing around inside the tomato,

ánh sáng đang nhảy múa bên trong nó,

and it comes out after several trillionths of a second.

và thoát ra sau vài nghìn tỷ giây.

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

Trong tương lai, khi những máy ảnh cao tần tích hợp trong máy ảnh điện thoại,

you might be able to go to a supermarket

bạn có thể đi siêu thị

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

và kiểm tra hoa quả đã chín hay chưa mà không cần chạm vào chúng.

(Laughter)

(Cười)

So how did my team at MIT create this camera?

Đội của tôi ở MIT tạo ra camera này như thế nào?

Now, as photographers, you know,

Bây giờ, với nhiếp ảnh gia, bạn biết đấy,

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

nếu bạn chụp một bức ảnh phơi sáng ngắn, bạn chỉ lấy được chút ánh sáng.

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

Nhưng chúng tôi có tốc độ nhanh hơn hàng tỷ lần so với thời gian phơi sáng ngắn nhất của bạn.

so you're going to get hardly any light.

vì vậy bạn sẽ khó lấy được sáng.

So what we do is we send that bullet --

Điều chúng tôi làm là gửi những viên đạn--

that packet of photons -- millions of times,

một chuổi các lượng tử-- nhanh thêm triệu lần,

and record again and again with very clever synchronization,

ghi đi ghi lại với sự đồng bộ thông minh,

and from the gigabytes of data,

từ những GB dữ liệu,

we computationally weave together

chúng tôi xếp chúng có tính toán

to create those femto-videos I showed you.

và tạo ra các thước phim cao tần mà tôi đã cho các bạn xem.

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

Chúng ta có thể lấy các dữ liệu thô và xử lý theo những cách thú vị.

So, Superman can fly.

Vì thế, Siêu nhân có thể bay.

Some other heroes can become invisible.

Các anh hùng khác cũng có thể tàng hình.

But what about a new power for a future superhero:

Nhưng sức mạnh mới của các siêu anh hùng trong tương lai:

To see around corners.

Thấy được khắp các góc.

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

Ý tưởng là chúng tôi có thể chiếu chút ánh sáng lên chiếc cửa,

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

nó tiếp tục lan tỏa, vào tận trong phòng.

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

một số phản xạ ngược lên cánh cửa,

and then back to the camera.

rồi trở lại máy ảnh.

And we could exploit these multiple bounces of light.

Chúng ta có thể lợi dụng sự chuyển hướng đa chiều của ánh sáng.

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

Đó không phải là khoa học viển tưởng, Chúng ta thực sự làm được.

On the left, you see our femto-camera.

Bên trái, bạn sẽ thấy máy quay cao tần của chúng tôi.

There's a mannequin hidden behind a wall,

Có một hình nộm giấu sau bức tường,

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

và chúng ta di chuyển ánh sáng khỏi cánh cửa.

So after our paper was published in Nature Communications,

Sau khi nghiên cứu của chúng tôi được công bố trong Cộng đồng Thiên nhiên

it was highlighted by Nature.com,

nó đã được lưu ý bởi Nature.com,

and they created this animation.

và họ đã làm đoạn phim hoạt hình này.

(Music)

(Âm nhạc)

[A laser pulse is fired]

[Một xung laze được bắn ra]

(Music)

(Âm nhạc)

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

Ramesh Rakar: Chúng ta sẽ bắn những viên đạn ánh sáng này,

and they're going to hit this wall,

sau đó chúng đập vào bức tường,

and because of the packet of the photons,

nhờ các chuổi lượng tử,

they will scatter in all the directions,

chúng phát tán khắp các hướng,

and some of them will reach our hidden mannequin,

một vài tiến tới hình nộm bị khuất,

which in turn will again scatter that light,

rồi quay trở lại nguồn sáng,

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

và tiếp tục, cánh cửa phản xạ những ánh sáng phát tán đó.

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

Sau đó, một chuổi lượng tử quay trở lại máy chụp ảnh,

but most interestingly,

nhưng thú vị nhất,

they will all arrive at a slightly different time slot.

tất cả chúng đến tại các thời điểm khác nhau đôi chút.

(Music)

(Âm nhạc)

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

Và bởi vì chúng ta có máy quay có tốc độ rất cao

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

camera cao tần-- nó có vài khả năng đặc biệt.

It has very good time resolution,

nó sự cải tiến rất tốt về thời gian,

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

có thể ghi hình lại thế giới với tốc độ ánh sáng,

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

Theo cách này, chúng ta dĩ nhiên biết khoảng cách tới cánh cửa,

but also to the hidden objects,

cũng như vật thể bị khuất,

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

nhưng chúng ta không biết điểm nào tương ứng khoảng cách nào.

(Music)

(Âm nhạc)

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

Bằng cách chiếu một laze, chúng ta có thể ghi lại một bức hình thô,

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

nếu bạn nhìn lên màn hình, chẳng có gì cả.

But then we will take a lot of such pictures,

Nhưng khi chúng ta đặt một chuỗi bức ảnh,

dozens of such pictures, put them together,

hàng tá bức, rồi đặt chúng cùng nhau,

and try to analyze the multiple bounces of light,

cố gắng phân tích sự phát tán đa chiều của ánh sáng,

and from that, can we see the hidden object?

từ đó, liệu chúng ta có thể thấy vật thể bị khuất?

Can we see it in full 3D?

Liệu ta có thể thấy nó đầy đủ 3 chiều?

So this is our reconstruction.

Đây là sự tái cấu trúc của chúng tôi.

(Music)

(Âm nhạc)

(Applause)

(Vổ tay)

Now, we have some ways to go

Bây giờ, chúng ta có vài phương án

before we take this outside the lab on the road,

trước khi đưa nó ra khỏi phòng thí nghiệm,

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

nhưng trong tương lai, chúng ta có thể tạo ra ô tô tránh né các cú va chạm

with what's around the bend.

với những nơi đường cong.

Or we can look for survivors in hazardous conditions

Hay ta có thể tìm kiếm người sống sót trong điều kiện mạo hiểm

by looking at light reflected through open windows.

bằng cách nhìn ánh sáng được phản xạ qua cửa sổ.

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

Hay chúng ta có thể tạo ra đèn nội soi chiếu sâu bên trong cơ thể,

and also for cardioscopes.

và cũng cho các tai nghe khám bệnh.

But of course, because of tissue and blood,

Nhưng dĩ nhiên, do mô và máu,

this is quite challenging,

sẽ có chút thử thách,

so this is really a call for scientists

đây thực sự là lời kêu gọi các nhà khoa học

to start thinking about femto-photography

bắt đầu nghĩ về chụp hình cao tần

as really a new imaging modality

như một cách thức mới

to solve the next generation of health-imaging problems.

giải quyết các vấn đề ảnh sức khoẻ cho thế hệ sau.

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

Bây giờ, giống như Doc Edgerton, bản thân một nhà khoa học,

science became art --

từ khoa học tới nghệ thuật--

an art of ultra-fast photography.

một nghệ thuật chụp ảnh siêu cao tần.

And I realized

Và tôi nhận ra

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

tất cả GB dữ liệu chúng tôi thu nhặt mỗi lần,

are not just for scientific imaging.

không chỉ cho chụp hình khoa học.

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

Chúng ta cũng có thể thực hiện phương thức mới của nhiếp ảnh điện toán,

with time-lapse and color coding.

với dòng thời gian và mã màu.

And we look at those ripples.

Nhìn những gợn sóng đó.

Remember:

Nhớ rằng:

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

Thời gian giữa mỗi gợn sóng chỉ một ngàn tỷ giây.

But there's also something funny going on here.

Nhưng cũng có điều thú vị trong đó.

When you look at the ripples under the cap,

Khi bạn nhìn các gợn sóng trong giới hạn,

the ripples are moving away from us.

chúng di chuyển ra xa chúng ta.

The ripples should be moving towards us.

Đáng ra chúng nên lại gần.

What's going on here?

Điều đang xảy ra ở đây là gì?

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

Nó lao ra, bởi chúng ta đang ghi lại với tốc độ gần như của ánh sáng,

we have strange effects,

chúng ta có các hiệu ứng lạ,

and Einstein would have loved to see this picture.

và Einsten sẽ rất thích được xem bức ảnh này cho xem.

(Laughter)

(Cười)

The order at which events take place in the world

Các chuổi sự kiện diễn ra trên thế giới

appears in the camera sometimes in reversed order.

thỉnh thoảng xuất hiện trên camera đôi khi trong mệnh lệnh trảo đổi.

So by applying the corresponding space and time warp,

Bằng cách ứng dụng tương ứng về không gian và thời gian,

we can correct for this distortion.

Chúng ta có thể sửa sự biên dạng này.

So whether it's for photography around corners,

Vì thế liệu nó có dùng cho nhiếp ảnh các gọc,

or creating the next generation of health imaging,

hay tạo ra các hình ảnh sức khỏe cho thế hệ tới,

or creating new visualizations,

tạo ra hình dung mới,

since our invention,

từ phát minh của chúng tôi,

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

chúng tôi có tất cả dữ liệu công khai và chi tiết trên website,

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

và hi vọng của chúng tôi là DIY, cộng đồng sáng tạo và nghiên cứu

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

sẽ cho chúng tôi thấy chúng tôi nên dừng ám ảnh về camera megapixel--

(Laughter)

(Cười)

and start focusing on the next dimension in imaging.

và bắt đầu tập trung vào những chiều tiếp theo của hình ảnh.

It's about time.

Cần thời gian.

Thank you.

Cảm ơn.

(Applause)

(Vổ tay)