TEDGlobal 2012
Ramesh Raskar: Imaging at a trillion frames per second
Ramesh Raskar: Imagistică la un trilion de cadre pe secundă
Filmed:
Readability: 4
5,395,201 views
Ramesh Raskar prezintă femto-fotografia, un tip nou de imagistică, atât de rapidă încât expune lumii un trilion de cadre pe secundă, atât de detaliată încât arată lumina însăși în mișcare. Această tehnologie ar putea fi folosită într-o zi pentru a construi camere de filmare care pot privi după colțuri sau pot vedea în interiorul trupului nostru fără raze X.
Ramesh Raskar - Femto-photographer
Photography is about creating images by recording light. At the MIT media lab, professor Ramesh Raskar and his team members have invented a camera that can photograph light itself as it moves at, well, the speed of light. Full bio
Photography is about creating images by recording light. At the MIT media lab, professor Ramesh Raskar and his team members have invented a camera that can photograph light itself as it moves at, well, the speed of light. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:16
Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity
0
902
5978
Doc Edgerton ne-a produs uimire și curiozitate
00:22
with this photo of a bullet piercing through an apple,
1
6880
5262
cu această fotografie a unui glonț străpungând un măr
00:28
and exposure just a millionth of a second.
2
12142
4878
cu expunere de numai o milionime de secundă.
00:32
But now, 50 years later, we can go a million times faster
3
17020
7307
Dar acum, după 50 de ani, putem merge de un milion de ori mai rapid
00:40
and see the world not at a million,
4
24327
3596
și putem vedea lumea nu cu un milion,
00:43
or a billion,
5
27923
1810
ori un miliard,
00:45
but one trillion frames per second.
6
29733
3435
ci un trilion de cadre pe secundă.
00:49
I present you a new type of photography,
7
33168
4385
Vă prezint un nou tip de fotografie,
00:53
femto-photography,
8
37553
2059
femto-fotografie,
00:55
a new imaging technique so fast
9
39612
4600
o tehnică imagistică atât de rapidă
01:00
that it can create slow motion videos of light in motion.
10
44212
5201
încât poate crea filmări în slow-motion pentru lumina în mișcare.
01:05
And with that, we can create cameras
11
49413
2738
Și cu asta putem crea camere de filmare
01:08
that can look around corners,
12
52151
2145
care pot vedea după colț,
01:10
beyond line of sight
13
54296
1997
dincolo de linia de vizibilitate
01:12
or see inside our body without an X-ray,
14
56293
4393
sau pot vedea în interiorul trupului fără X-ray,
01:16
and really challenge what we mean by a camera.
15
60686
5401
și putem redefini ce înseamnă o cameră de filmare.
01:21
Now if I take a laser pointer and turn it on and off
16
66087
3511
Dacă aprind un pointer cu laser și-l sting
01:25
in one trillionth of a second --
17
69598
2827
într-o trilionime de secundă --
01:28
which is several femtoseconds --
18
72425
2812
egal cu câteva femto-secunde --
01:31
I'll create a packet of photons
19
75237
2280
voi crea un fascicul de fotoni
01:33
barely a millimeter wide,
20
77517
2350
cu lățime abia de 1 mm,
01:35
and that packet of photons, that bullet,
21
79867
2926
și acel fascicul de fotoni, acel glonț,
01:38
will travel at the speed of light,
22
82793
1950
va înainta cu viteza luminii,
01:40
and, again, a million times faster than an ordinary bullet.
23
84743
4508
adică, de un milion de ori mai rapid decât un glonț obișnuit.
01:45
Now, if you take that bullet and take this packet of photons
24
89251
4906
Dacă luăm acest glonț de fotoni
01:50
and fire into this bottle,
25
94157
3173
și-l țintim spre această sticlă,
01:53
how will those photons shatter into this bottle?
26
97330
4534
cum se vor împrăștia acești fotoni în sticlă?
01:57
How does light look in slow motion?
27
101864
4224
Cum arată lumina în slow-motion?
02:21
Now, the whole event -- (Applause)
28
126041
3658
Acum, întregul proces --
02:25
(Applause)
29
129699
4219
(Aplauze)
02:29
Now, remember, the whole event
30
133918
2603
Rețineți, întregul proces
02:32
is effectively taking place in less than a nanosecond
31
136521
3383
se petrece efectiv în mai puțin de o nanosecundă --
02:35
— that's how much time it takes for light to travel —
32
139904
2336
atât îi ia luminii să traverseze --
02:38
but I'm slowing down in this video by a factor of 10 billion
33
142240
4500
dar încetinesc acest video cu un factor de 10 miliarde
02:42
so you can see the light in motion.
34
146740
3673
ca să puteți vedea lumina în mișcare.
02:46
But, Coca-Cola did not sponsor this research. (Laughter)
35
150413
4621
Dar, Coca-cola nu a sponsorizat această cercetare. (Râsete)
02:50
Now, there's a lot going on in this movie,
36
155034
2047
Se petrec multe în această filmare.
02:52
so let me break this down and show you what's going on.
37
157081
2362
Permiteți-mi s-o fragmentez ca să vă arăt ce se petrece.
02:55
So, the pulse enters the bottle, our bullet,
38
159443
3240
Deci, pulsul întră în sticlă, glonțul nostru,
02:58
with a packet of photons that start traveling through
39
162683
2562
cu un fascicul de fotoni care încep să traverseze
03:01
and that start scattering inside.
40
165245
1837
și încep să se împrăștie în interior.
03:02
Some of the light leaks, goes on the table,
41
167082
2231
O parte din lumină scapă, ajunge pe masă
03:05
and you start seeing these ripples of waves.
42
169313
2787
și începi să vezi aceste unde de lumină.
03:08
Many of the photons eventually reach the cap
43
172100
2881
Mare parte din fotoni ajung la capac
03:10
and then they explode in various directions.
44
174981
2914
și apoi explodează în diferite direcții.
03:13
As you can see, there's a bubble of air,
45
177895
1912
După cum vedeți, apare o bulă de aer
03:15
and it's bouncing around inside.
46
179807
1666
ce ricoșează înăuntru.
03:17
Meanwhile, the ripples are traveling on the table,
47
181473
2474
Între timp, undele înaintează pe masă,
03:19
and because of the reflections at the top,
48
183947
1869
iar din cauza reflexiilor
03:21
you see at the back of the bottle, after several frames,
49
185816
3634
vedeți în spatele sticlei, după câteva cadre,
03:25
the reflections are focused.
50
189450
2902
reflexiile sunt focalizate.
03:28
Now, if you take an ordinary bullet
51
192352
5894
Acum, dacă iei un glonț obișnuit,
03:34
and let it go the same distance and slow down the video
52
198246
3401
îl lași să parcurgă aceeași distanță și încetinești videoclipul,
03:37
again by a factor of 10 billion, do you know
53
201647
2549
cu un factor de 10 miliarde,
03:40
how long you'll have to sit here to watch that movie?
54
204196
5725
știți cât ar trebui să stați aici
să urmăriți acea filmare?
să urmăriți acea filmare?
03:45
A day, a week? Actually, a whole year.
55
209921
4388
O zi, o săptămână? De fapt, un an întreg.
03:50
It'll be a very boring movie — (Laughter) —
56
214309
3914
Ar fi un film foarte plictisitor -- (Râsete) --
03:54
of a slow, ordinary bullet in motion.
57
218223
4052
al unui glonț obișnuit în mișcare lentă.
03:58
And what about some still-life photography?
58
222275
4603
Și cum ar arăta o fotografie statică?
04:08
You can watch the ripples again washing over the table,
59
232770
5352
Puteți vedea undele de lumină parcurgând masa,
04:14
the tomato and the wall in the back.
60
238122
2913
cu roșia și peretele în fundal.
04:16
It's like throwing a stone in a pond of water.
61
241035
4224
E ca aruncarea unei pietricele într-o baltă de apă.
04:23
I thought, this is how nature paints a photo,
62
247197
3890
Așa pictează natura o fotografie,
04:26
one femto frame at a time,
63
251087
2587
femtosecundă cu femtosecundă,
04:29
but of course our eye sees an integral composite.
64
253674
5392
deși ochiul nostru vede montajul integral.
04:34
But if you look at this tomato one more time,
65
259066
3126
Dacă vă uitați la această roșie încă odată,
04:38
you will notice, as the light washes over the tomato,
66
262192
2516
veți observa, pe măsură ce lumina se prelinge peste roșie,
04:40
it continues to glow. It doesn't become dark.
67
264708
2891
continuă să strălucească. Nu devine întunecată.
04:43
Why is that? Because the tomato is actually ripe,
68
267599
3548
De ce? Pentru că roșia e coaptă,
04:47
and the light is bouncing around inside the tomato,
69
271147
2101
iar lumina ricoșează în interiorul roșiei,
04:49
and it comes out after several trillionths of a second.
70
273248
4466
și iese afară după câteva trilionimi de secundă.
04:53
So, in the future, when this femto-camera
71
277714
2633
Prin urmare, în viitor, când femto-camera
04:56
is in your camera phone,
72
280347
2092
va fi în telefonul vostru,
04:58
you might be able to go to a supermarket
73
282439
1710
ați putea merge la supermarket
05:00
and check if the fruit is ripe without actually touching it.
74
284149
4040
și verifica dacă fructele sunt coapte fără să le atingeți.
05:04
So how did my team at MIT create this camera?
75
288189
5330
Cum a creat echipa mea de la MIT această cameră foto?
05:09
Now, as photographers, you know,
76
293519
1967
Acum, fotografii știu,
05:11
if you take a short exposure photo, you get very little light,
77
295486
4061
dacă faci o fotografie cu expunere scurtă, dispui de foarte puțină lumină,
05:15
but we're going to go a billion times faster
78
299547
2206
dar noi mergem de un miliard de ori mai rapid
05:17
than your shortest exposure,
79
301753
1856
decât cea mai scurtă expunere,
05:19
so you're going to get hardly any light.
80
303609
1800
așa că nu ai lumină aproape de loc.
05:21
So, what we do is we send that bullet,
81
305409
1843
Ce facem deci, trimitem acel glonț,
05:23
those packet of photons, millions of times,
82
307252
2549
acel fascicul de lumină, de milioane de ori,
05:25
and record again and again with very clever synchronization,
83
309801
3107
și înregistrăm de fiecare dată cu super sincronizare
05:28
and from the gigabytes of data,
84
312908
2091
și din gigabaiții de date
05:30
we computationally weave together
85
314999
2116
suprapunem computațional
05:33
to create those femto-videos I showed you.
86
317115
3465
să creăm aceste femto-videoclipuri pe care vi le-am arătat.
05:36
And we can take all that raw data
87
320580
2540
Putem lua toate datele primare
05:39
and treat it in very interesting ways.
88
323120
2895
și le putem trata în moduri foarte interesante.
05:41
So, Superman can fly.
89
326015
1841
Deci Superman poate zbura.
05:43
Some other heroes can become invisible,
90
327856
2462
Alți eroi pot deveni invizibili.
05:46
but what about a new power for a future superhero:
91
330318
5098
Dar ce-ați spune de o nouă putere pentru un supererou:
05:51
to see around corners?
92
335416
2498
să vadă după colțuri?
05:53
The idea is that we could shine some light on the door.
93
337914
4673
Ideea e că am putea direcționa lumină spre ușă.
05:58
It's going to bounce, go inside the room,
94
342587
2675
Va ricoșa, va intra în cameră.
06:01
some of that is going to reflect back on the door,
95
345262
2430
O parte se va reflecta înapoi pe ușă,
06:03
and then back to the camera,
96
347692
1507
apoi, înapoi în camera foto.
06:05
and we could exploit these multiple bounces of light.
97
349199
3488
Putem exploata aceste ricoșeuri multiple ale luminii.
06:08
And it's not science fiction. We have actually built it.
98
352687
2397
Nu e science-fiction. Chiar am construit-o.
06:10
On the left, you see our femto-camera.
99
355084
2384
La stânga, vedeți femto-camera noastră.
06:13
There's a mannequin hidden behind a wall,
100
357468
2379
Un manechin se află în spatele ușii.
06:15
and we're going to bounce light off the door.
101
359847
2982
Vom ricoșa lumina de pe ușă.
06:18
So after our paper was published
102
362829
1948
După ce lucrarea a fost publicată
06:20
in Nature Communications,
103
364777
1934
în Nature Communications,
06:22
it was highlighted by Nature.com,
104
366711
1915
a fost remarcată de Nature.com,
06:24
and they created this animation.
105
368626
2563
care au creat această animație.
06:27
(Music)
106
371189
6402
(Muzică)
06:33
We're going to fire those bullets of light,
107
377591
3461
Vom declanșa gloanțele de lumină,
06:36
and they're going to hit this wall,
108
381052
3263
vor lovi acest perete,
06:40
and because the packet of the photons,
109
384315
2655
și, pentru că e fascicul de fotoni,
06:42
they will scatter in all the directions,
110
386970
2297
se vor împrăștia în toate direcțiile,
06:45
and some of them will reach our hidden mannequin,
111
389267
2248
o parte vor ajunge la manechinul ascuns,
06:47
which in turn will again scatter that light,
112
391515
2879
care, la rândul său va împrăștia lumina,
06:50
and again in turn the door will reflect
113
394394
3686
din nou, o parte se va întoarce spre ușă
06:53
some of that scattered light,
114
398080
2072
care va reflecta lumina,
06:56
and a tiny fraction of the photons will actually
115
400152
2744
iar o parte minusculă de fotoni se va reîntoarce la camera foto.
06:58
come back to the camera, but most interestingly,
116
402896
2284
Dar ce-i mai interesant,
07:01
they will all arrive at a slightly different time slot.
117
405180
3746
fotonii vor reveni fiecare cu întârzieri ușor diferite.
07:04
(Music)
118
408926
4577
(Muzică)
07:09
And because we have a camera that can run so fast,
119
413503
2817
Pentru că avem o cameră care poate fotografia atât de rapid,
07:12
our femto-camera, it has some unique abilities.
120
416320
3106
femto-camera noastră are capabilități unice.
07:15
It has very good time resolution,
121
419426
2906
Are o rezoluție de timp foarte bună.
07:18
and it can look at the world at the speed of light.
122
422332
3518
Poate urmări lumea cu viteza luminii.
07:21
And this way, we know the distances, of course to the door,
123
425850
3545
Știm, bineînțeles, distanța până la ușă
07:25
but also to the hidden objects,
124
429395
1894
și, de asemenea, până la obiectul ascuns,
07:27
but we don't know which point corresponds
125
431289
1595
dar nu știm care punct corespunde
07:28
to which distance.
126
432884
2322
la care distanță.
07:31
(Music)
127
435206
3240
(Muzică)
07:34
By shining one laser, we can record one raw photo, which,
128
438446
3944
Cu o pulsație de laser, putem înregistra o poză primară
07:38
you look on the screen, doesn't really make any sense,
129
442390
2450
te uiți la ecran, nu se vede nimic.
07:40
but then we will take a lot of such pictures,
130
444840
1880
Dar facem multe astfel de poze, zeci de poze,
07:42
dozens of such pictures, put them together,
131
446720
2419
și le suprapunem
07:45
and try to analyze the multiple bounces of light,
132
449139
2678
și analizăm multiplele ricoșeuri ale luminii.
07:47
and from that, can we see the hidden object?
133
451817
3416
Făcând asta, putem vedea obiectul ascuns?
07:51
Can we see it in full 3D?
134
455233
2919
Îl putem vedea în 3D?
07:54
So this is our reconstruction. (Music)
135
458152
2636
Iată reconstrucția noastră.
07:56
(Music)
136
460788
3458
(Muzică)
08:00
(Music) (Applause)
137
464246
8308
(Aplauze)
08:08
Now we have some ways to go before we take this
138
472554
2611
Mai avem câte ceva de rezolvat înainte să-l scoatem
08:11
outside the lab on the road, but in the future,
139
475165
3197
din laborator pe stradă, dar în viitor
08:14
we could create cars that avoid collisions
140
478362
2834
am putea crea mașini care evită coliziunile
08:17
with what's around the bend,
141
481196
2216
cu ce vine de după curbă,
08:19
or we can look for survivors in hazardous conditions
142
483412
3914
sau putem căuta supraviețuitori în condiții riscante,
08:23
by looking at light reflected through open windows,
143
487326
4278
prin lumina reflectată de ferestre deschise,
08:27
or we can build endoscopes that can see
144
491604
2625
sau putem construi endoscoape care pot vedea
08:30
deep inside the body around occluders,
145
494229
3270
în profunzimea trupului nostru evitând ocluziunile
08:33
and also for cardioscopes.
146
497499
1876
și putem construi cardioscoape.
08:35
But of course, because of tissue and blood,
147
499375
2501
Bineînțeles, din cauza țesuturilor și sângelui,
08:37
this is quite challenging, so this is really a call
148
501876
2187
nu-i simplu, așa că asta e o provocare
08:39
for scientists to start thinking about femto-photography
149
504063
2853
pentru cercetători să se gândească la femto-fotografie
08:42
as really a new imaging modality to solve
150
506916
2589
ca la o nouă modalitate imagistică pentru a rezolva
08:45
the next generation of health imaging problems.
151
509505
3577
următoarea generație de probleme de imagistică medicală.
08:48
Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,
152
513082
3881
La fel ca Doc Edgerton, el însuși om de știință,
08:52
science became art, an art of ultra-fast photography,
153
516963
5176
știința a devenit artă, o artă fotografică ultra rapidă.
08:58
and I realized that all the gigabytes of data
154
522139
3464
Am realizat că toți acei gigabaiți de date
09:01
that we're collecting every time
155
525603
2004
pe care-i colectăm de fiecare dată
09:03
is not just for scientific imaging, but we can also do
156
527607
3443
nu sunt doar pentru imagistică științifică,
09:06
a new form of computational photography
157
531050
3780
ci putem realiza o nouă formă de fotografie computațională
09:10
with time-lapse and color-coding,
158
534830
4139
cu filmare lentă și codificare de culoare.
09:14
and we look at those ripples. Remember,
159
538969
2770
Când ne uităm la acele unde, amintiți-vă,
09:17
the time between each of those ripples is only
160
541739
2675
intervalul dintre acele unde
09:20
a few trillionths of a second.
161
544414
4343
e doar de câteva trilionimi de secundă.
09:24
But there's also something funny going on here.
162
548757
1956
Dar se mai petrece ceva interesant acolo.
09:26
When you look at the ripples under the cap,
163
550713
2354
Când te uiți la undele de sub capac,
09:28
the ripples are moving away from us.
164
553067
3620
undele se depărtează de noi.
09:32
The ripples should be moving towards us.
165
556687
2149
Ar trebui să vină către noi.
09:34
What's going on here?
166
558836
1767
Ce se întâmplă aici?
09:36
It turns out, because we're recording
167
560603
1958
Am înțeles că înregistrând la viteză
09:38
nearly at the speed of light,
168
562561
4547
apropiată de viteza luminii,
09:43
we have strange effects,
169
567108
2070
avem efecte ciudate,
09:45
and Einstein would have loved to see this picture.
170
569178
4031
iar Einstein ar fi adorat să vadă această poză.
09:49
The order at which events take place in the world
171
573209
3269
Ordinea în care se petrec evenimentele în lumea noastră
09:52
appear in the camera with sometimes reversed order,
172
576478
4568
apare inversată uneori în camera foto.
09:56
so by applying the corresponding space and time warp,
173
581046
3359
Aplicând curbura spațiu-timp corespunzătoare,
10:00
we can correct for this distortion.
174
584405
4045
putem normaliza această distorsiune.
10:04
So whether it's for photography around corners,
175
588450
4241
Fie că-i vorba de fotografierea după colțuri,
10:08
or creating the next generation of health imaging,
176
592691
4308
fie de crearea următoarei generații de imagistică medicală,
10:12
or creating new visualizations,
177
596999
2680
sau crearea de noi vizualizări,
10:15
since our invention, we have open-sourced
178
599679
3559
începând cu invenția noastră, am oferit open-source
10:19
all the data and details on our website, and our hope
179
603238
3699
toate datele și detaliile pe site-ul nostru
10:22
is that the DIY, the creative and the research community
180
606937
6636
și sperăm ca DIY, comunitatea de cercetare și creație,
10:29
will show us that we should stop obsessing about
181
613573
3803
ne va arăta că e timpul să nu mai fim obsedați
10:33
the megapixels in cameras — (Laughter) —
182
617376
3240
de megapixelii din camerele foto - (Râsete) -
10:36
and start focusing on the next dimension in imaging.
183
620616
5030
ci să ne concentrăm pe următoarea dimensiune în imagistică.
10:41
It's about time. Thank you. (Applause)
184
625646
4534
E timpul. Mulțumesc.
10:46
(Applause)
185
630180
10205
(Aplauze)
ABOUT THE SPEAKER
Ramesh Raskar - Femto-photographerPhotography is about creating images by recording light. At the MIT media lab, professor Ramesh Raskar and his team members have invented a camera that can photograph light itself as it moves at, well, the speed of light.
Why you should listen
In 1964 MIT professor Harold Edgerton, pioneer of stop-action photography, famously took a photo of a bullet piercing an apple using exposures as short as a few nanoseconds. Inspired by his work, Ramesh Raskar and his team set out to create a camera that could capture not just a bullet (traveling at 850 meters per second) but light itself (nearly 300 million meters per second).
Stop a moment to take that in: photographing light as it moves. For that, they built a camera and software that can visualize pictures as if they are recorded at 1 trillion frames per second. The same photon-imaging technology can also be used to create a camera that can peer "around" corners , by exploiting specific properties of the photons when they bounce off surfaces and objects.
Among the other projects that Raskar is leading, with the MIT Media Lab's Camera Culture research group, are low-cost eye care devices, a next generation CAT-Scan machine and human-computer interaction systems.
Papers:
Andreas Velten, Thomas Willwacher, Otkrist Gupta, Ashok Veeraraghavan, Moungi G. Bawendi and Ramesh Raskar, “Recovering ThreeDimensional Shape around a Corner using Ultra-Fast Time-of-Flight Imaging.” Nature Communications, March 2012
Andreas Velten, Adrian Jarabo, Belen Masia, Di Wu, Christopher Barsi, Everett Lawson, Chinmaya Joshi, Diego Gutierrez, Moungi G. Bawendi and Ramesh Raskar, "Ultra-fast Imaging for Light in Motion" (in progress). http://femtocamera.info
Ramesh Raskar | Speaker | TED.com