TEDGlobal 2012
Ramesh Raskar: Imaging at a trillion frames per second
Ramesh Raskar: Saniyede trilyon kare hızında fotoğrafçılık
Filmed:
Readability: 4
5,395,201 views
Ramesh Raskar, bizlere yeni nesil görüntüleme tekniği olan femto-fotoğrafçılığı sunuyor. O kadar hızlı ki dünyayı saniyede bir trilyon kareye bölerek gösteriyor. O kadar detaylı ki ışığın kendisini hareket halindeyken yakalıyor. Bu teknoloji belki bir gün köşelerin "ötesini" fotoğraflamak ya da X-ışını kullanmadan insan vücudunu görüntülemek için kullanılabilir.
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
Doktor Edgerton, saniyenin milyonda biri aralığında çektiği
00:22
with this photo of a bullet piercing through an apple,
1
6880
5262
elmayı delip geçen kurşun fotoğrafıyla hepimize
00:28
and exposure just a millionth of a second.
2
12142
4878
merak içinde ilham verdi.
00:32
But now, 50 years later, we can go a million times faster
3
17020
7307
Fakat şimdi, 50 yıl sonra, milyon kat daha yüksek hızlara çıkabiliyoruz.
00:40
and see the world not at a million,
4
24327
3596
Ve dünyayı milyon değil,
00:43
or a billion,
5
27923
1810
milyar değil,
00:45
but one trillion frames per second.
6
29733
3435
saniyede bir trilyon kare hız ile görebiliyoruz.
00:49
I present you a new type of photography,
7
33168
4385
Sizlere yeni bir fotoğrafçılık türü sunuyorum,
00:53
femto-photography,
8
37553
2059
femto-fotoğrafçılık,
00:55
a new imaging technique so fast
9
39612
4600
yeni bir görüntüleme tekniği. O kadar hızlı ki
01:00
that it can create slow motion videos of light in motion.
10
44212
5201
hareket halindeki ışığı yavaş çekim görüntüleyebiliyor.
01:05
And with that, we can create cameras
11
49413
2738
Bunu kullanarak, görüş alanının ötesinde,
01:08
that can look around corners,
12
52151
2145
köşeleri dönüp görüntüleyebilen
01:10
beyond line of sight
13
54296
1997
kameralar üretebiliriz.
01:12
or see inside our body without an X-ray,
14
56293
4393
Ya da X-ray kullanmadan vücudumuzu görüntüleyebilen.
01:16
and really challenge what we mean by a camera.
15
60686
5401
Kameranın anlamının sınırlarını zorluyoruz.
01:21
Now if I take a laser pointer and turn it on and off
16
66087
3511
Şimdi, eğer bir lazer işaretçisini saniyenin trilyonda biri süresince
01:25
in one trillionth of a second --
17
69598
2827
açıp kapatırsam,
01:28
which is several femtoseconds --
18
72425
2812
ki bu birkaç femtosaniye eder --
01:31
I'll create a packet of photons
19
75237
2280
Hemen hemen bir milimetre genişliğinde
01:33
barely a millimeter wide,
20
77517
2350
bir foton paketi yaratmış olacağım.
01:35
and that packet of photons, that bullet,
21
79867
2926
Ve bu foton paketi, bu kurşun,
01:38
will travel at the speed of light,
22
82793
1950
ışık hızında, normal kurşundan
01:40
and, again, a million times faster than an ordinary bullet.
23
84743
4508
milyonlarca kat daha hızlı gidecek.
01:45
Now, if you take that bullet and take this packet of photons
24
89251
4906
Eğer bu kurşunu, foton paketini alıp
01:50
and fire into this bottle,
25
94157
3173
bu şişeye ateş ettiğimizde,
01:53
how will those photons shatter into this bottle?
26
97330
4534
bu fotonlar şişenin içinde nasıl davranacak?
01:57
How does light look in slow motion?
27
101864
4224
Işık yavaş çekimde nasıl gözüküyor?
02:21
Now, the whole event -- (Applause)
28
126041
3658
Şimdi, bütün olay -- (Alkış)
02:25
(Applause)
29
129699
4219
(Alkışlar)
02:29
Now, remember, the whole event
30
133918
2603
Unutmayın, bütün olay
02:32
is effectively taking place in less than a nanosecond
31
136521
3383
bir nanosaniyeden daha kısa bir sürede gerçekleşiyor.
02:35
— that's how much time it takes for light to travel —
32
139904
2336
-- bu ışığın hareket etmesi için gerekli olan süre --
02:38
but I'm slowing down in this video by a factor of 10 billion
33
142240
4500
ama bu videoyu 10 milyar kez yavaşlatıyorum ki
02:42
so you can see the light in motion.
34
146740
3673
ışığı hareket halinde görebilelim.
02:46
But, Coca-Cola did not sponsor this research. (Laughter)
35
150413
4621
Bu arada, Coca-Cola bu araştırmaya sponsor olmadı.
(Kahkahalar)
(Kahkahalar)
02:50
Now, there's a lot going on in this movie,
36
155034
2047
Şimdi, bu videoda birçok şey oluyor.
02:52
so let me break this down and show you what's going on.
37
157081
2362
Bunu parçalara bölerek size neler olduğunu göstereyim.
02:55
So, the pulse enters the bottle, our bullet,
38
159443
3240
Foton paketinden oluşan sinyal şişeye giriyor,
02:58
with a packet of photons that start traveling through
39
162683
2562
ilerlemeye başlıyor ve
03:01
and that start scattering inside.
40
165245
1837
içeride saçılmaya başlıyor.
03:02
Some of the light leaks, goes on the table,
41
167082
2231
Işığın bir kısmı dışarıya, masaya siziyor,
03:05
and you start seeing these ripples of waves.
42
169313
2787
ve yayınlan dalgaları görmeye başlıyoruz
03:08
Many of the photons eventually reach the cap
43
172100
2881
Fotonların çoğu sonunda kapağa ulaşıyor
03:10
and then they explode in various directions.
44
174981
2914
ve patlayıp farklı yönlere dağılıyorlar.
03:13
As you can see, there's a bubble of air,
45
177895
1912
Gördüğünüz gibi bir hava kabarcığı var
03:15
and it's bouncing around inside.
46
179807
1666
ve şişenin içinde sekiyor.
03:17
Meanwhile, the ripples are traveling on the table,
47
181473
2474
Bu arada, yayılan dalgalar masanın üstünde ilerliyor.
03:19
and because of the reflections at the top,
48
183947
1869
Ve tepedeki yansımalar nedeniyle
03:21
you see at the back of the bottle, after several frames,
49
185816
3634
birkaç kare sonra, yansımalarin şişenin arka tarafında
03:25
the reflections are focused.
50
189450
2902
odaklandığını görüyoruz.
03:28
Now, if you take an ordinary bullet
51
192352
5894
Eğer normal bir kurşunu alırsak
03:34
and let it go the same distance and slow down the video
52
198246
3401
ve aynı mesafeyi katederken video'yu 10 milyar kez yavaşlatırsak,
03:37
again by a factor of 10 billion, do you know
53
201647
2549
video bitene kadar burada ne kadar süre oturup
03:40
how long you'll have to sit here to watch that movie?
54
204196
5725
izlememiz gerekiyor biliyor musunuz?
03:45
A day, a week? Actually, a whole year.
55
209921
4388
Bir gün? Bir hafta? Cevap bir yıl.
03:50
It'll be a very boring movie — (Laughter) —
56
214309
3914
Eminim çok sıkıcı -- (Kahkahalar)--
03:54
of a slow, ordinary bullet in motion.
57
218223
4052
ve sıradan bir kurşun videosu olacaktır.
03:58
And what about some still-life photography?
58
222275
4603
Peki biraz natürmort fotoğrafçılığa ne dersiniz?
04:08
You can watch the ripples again washing over the table,
59
232770
5352
Masanın üstüne, domatese ve arkadaki
04:14
the tomato and the wall in the back.
60
238122
2913
duvara yayılan dalgaları görebilirsiniz.
04:16
It's like throwing a stone in a pond of water.
61
241035
4224
Bir su birikintisine taş atmak gibi.
04:23
I thought, this is how nature paints a photo,
62
247197
3890
Bence doğa bu şekilde resim yapıyor,
04:26
one femto frame at a time,
63
251087
2587
birer femto kare,
04:29
but of course our eye sees an integral composite.
64
253674
5392
fakat tabii ki gözümüz bunu bütünsel bir bileşim olarak görüyor.
04:34
But if you look at this tomato one more time,
65
259066
3126
Eğer bu domatese tekrar bakacak olursak,
04:38
you will notice, as the light washes over the tomato,
66
262192
2516
farkettiğiniz üzere, ışık domatesin üzerinden geçerken,
04:40
it continues to glow. It doesn't become dark.
67
264708
2891
domates parlamaya devam ediyor. Kararmıyor.
04:43
Why is that? Because the tomato is actually ripe,
68
267599
3548
Neden? Çünkü bu olgun bir domates
04:47
and the light is bouncing around inside the tomato,
69
271147
2101
ve ışık domatesin içinde sekmeye devam ediyor,
04:49
and it comes out after several trillionths of a second.
70
273248
4466
ve saniyenin birkaç trilyonda biri kadar süreden sonra dışarı çıkıyor.
04:53
So, in the future, when this femto-camera
71
277714
2633
Gelecekte, bu femto-kamera
04:56
is in your camera phone,
72
280347
2092
sizin telefonunuzun kamerası olduğunda,
04:58
you might be able to go to a supermarket
73
282439
1710
bir süpermarkete gidip meyvelere dokunmadan
05:00
and check if the fruit is ripe without actually touching it.
74
284149
4040
taze olup olmadığını anlayabileceksiniz.
05:04
So how did my team at MIT create this camera?
75
288189
5330
Peki, bu kamerayi MIT'deki ekibim nasıl yarattı?
05:09
Now, as photographers, you know,
76
293519
1967
Fotoğrafçılar olarak, bilirsiniz ki
05:11
if you take a short exposure photo, you get very little light,
77
295486
4061
Eğer kısa pozlama bir fotoğraf çekerseniz az ışık almış olursunuz
05:15
but we're going to go a billion times faster
78
299547
2206
ama biz sizin en kısa pozlama sürenizden
05:17
than your shortest exposure,
79
301753
1856
milyar kat daha hızlı çekiyoruz.
05:19
so you're going to get hardly any light.
80
303609
1800
Bu demektir ki çok çok az miktarda ışık alıyoruz.
05:21
So, what we do is we send that bullet,
81
305409
1843
Bizim yaptığımız ise kurşunu, yani foton paketini
05:23
those packet of photons, millions of times,
82
307252
2549
milyonlarca kez yollamak ve
05:25
and record again and again with very clever synchronization,
83
309801
3107
etkili bir senkronizasyonla tekrar ve tekrar kaydetmek.
05:28
and from the gigabytes of data,
84
312908
2091
yaptığımız hesaplamalarla
05:30
we computationally weave together
85
314999
2116
gigabyte'larca veriyi gösterdiğim videoyu yaratmak
05:33
to create those femto-videos I showed you.
86
317115
3465
için birleştiriyoruz.
05:36
And we can take all that raw data
87
320580
2540
Bu işlenmemiş verileri alıp
05:39
and treat it in very interesting ways.
88
323120
2895
çok ilginç şekillerde kullanabiliriz.
05:41
So, Superman can fly.
89
326015
1841
Süpermen uçuyor olabilir.
05:43
Some other heroes can become invisible,
90
327856
2462
Başka kahramanlar görünmez olabilir.
05:46
but what about a new power for a future superhero:
91
330318
5098
Peki gelecek bir süperkahraman için şu yeni güce ne dersiniz:
05:51
to see around corners?
92
335416
2498
köşelerin ötesini görmek.
05:53
The idea is that we could shine some light on the door.
93
337914
4673
Fikir şöyle; kapıya bir miktar ışık gönderiyoruz.
05:58
It's going to bounce, go inside the room,
94
342587
2675
Işık sekip odaya giriyor,
06:01
some of that is going to reflect back on the door,
95
345262
2430
ışığın bir kısmı ise odadan kapıya,
06:03
and then back to the camera,
96
347692
1507
kapıdan da kameraya geri sekiyor.
06:05
and we could exploit these multiple bounces of light.
97
349199
3488
Işığın bu şekilde sekmesinden istifade edebiliriz.
06:08
And it's not science fiction. We have actually built it.
98
352687
2397
Ve bu bilimkurgu değil. Bu kamerayi ürettik.
06:10
On the left, you see our femto-camera.
99
355084
2384
Solda, femto-kameramızı görebilirsiniz.
06:13
There's a mannequin hidden behind a wall,
100
357468
2379
Duvarın arkasında bir vitrin mankeni gizli,
06:15
and we're going to bounce light off the door.
101
359847
2982
ve ışığı kapıdan sektireceğiz.
06:18
So after our paper was published
102
362829
1948
Makalemiz
06:20
in Nature Communications,
103
364777
1934
Nature Communications'da yayınlandıktan sonra,
06:22
it was highlighted by Nature.com,
104
366711
1915
Nature.com'a konu oldu
06:24
and they created this animation.
105
368626
2563
ve bu animasyonu hazırladılar.
06:27
(Music)
106
371189
6402
(Müzik)
06:33
We're going to fire those bullets of light,
107
377591
3461
Işıktan oluşan bu kurşunları yollayacağız
06:36
and they're going to hit this wall,
108
381052
3263
ve bu duvara çarpacaklar.
06:40
and because the packet of the photons,
109
384315
2655
ve bunlar foton paketi olduğu için
06:42
they will scatter in all the directions,
110
386970
2297
her yöne saçılacaklar
06:45
and some of them will reach our hidden mannequin,
111
389267
2248
ve bazıları bizim saklı mankenimize ulaşacak
06:47
which in turn will again scatter that light,
112
391515
2879
ve buradan da tekrar saçılacak
06:50
and again in turn the door will reflect
113
394394
3686
ve kapı bu saçılmış ışığın
06:53
some of that scattered light,
114
398080
2072
bir kısmını tekrar yansıtacak.
06:56
and a tiny fraction of the photons will actually
115
400152
2744
Ve bu fotonların ufacık bir kısmı
06:58
come back to the camera, but most interestingly,
116
402896
2284
kameraya geri dönecek. Fakat ilginçtir ki
07:01
they will all arrive at a slightly different time slot.
117
405180
3746
kameraya farklı zamanlarda geri dönecekler.
07:04
(Music)
118
408926
4577
(Müzik)
07:09
And because we have a camera that can run so fast,
119
413503
2817
Ve bu kadar hızlı bir kamera -femto kamera-
07:12
our femto-camera, it has some unique abilities.
120
416320
3106
eşsiz özelliklere sahip.
07:15
It has very good time resolution,
121
419426
2906
Çok iyi bir zaman çözünürlüğüne sahip,
07:18
and it can look at the world at the speed of light.
122
422332
3518
ve dünyaya ışık hızında bakabiliyor.
07:21
And this way, we know the distances, of course to the door,
123
425850
3545
Ve bu yolla, kapıya olan uzaklığı da
07:25
but also to the hidden objects,
124
429395
1894
gizli objeye olan uzaklığı da bilebiliyoruz.
07:27
but we don't know which point corresponds
125
431289
1595
Fakat hangi noktanın hangi uzaklığa
07:28
to which distance.
126
432884
2322
tekabül ettiğini bilmiyoruz.
07:31
(Music)
127
435206
3240
(Müzik)
07:34
By shining one laser, we can record one raw photo, which,
128
438446
3944
Bir lazer ışını ile bir ham fotoğraf kaydedebiliriz ki
07:38
you look on the screen, doesn't really make any sense,
129
442390
2450
ekrana bakarsaniz, hiçbir anlam ifade etmediğini görürsünüz.
07:40
but then we will take a lot of such pictures,
130
444840
1880
eğer bunun gibi birçok resim çekersek,
07:42
dozens of such pictures, put them together,
131
446720
2419
düzinelerce resim ve onları bir araya getirirsek
07:45
and try to analyze the multiple bounces of light,
132
449139
2678
ve ışığın nasıl sektiğini analiz etmeye çalışırsak
07:47
and from that, can we see the hidden object?
133
451817
3416
gizli objeyi görebilir miyiz ?
07:51
Can we see it in full 3D?
134
455233
2919
Objeyi tam 3 boyutlu haliyle görebilir miyiz?
07:54
So this is our reconstruction. (Music)
135
458152
2636
İşte bizim yeniden yapılandırdığımız fotoğraf.
07:56
(Music)
136
460788
3458
(Müzik)
08:00
(Music) (Applause)
137
464246
8308
(Müzik)(Alkış)
08:08
Now we have some ways to go before we take this
138
472554
2611
Bunu laboratuvar dışına çıkarmak için
08:11
outside the lab on the road, but in the future,
139
475165
3197
daha çok yol katetmemiz gerekiyor, fakat gelecekte
08:14
we could create cars that avoid collisions
140
478362
2834
bu teknolojiyle
08:17
with what's around the bend,
141
481196
2216
çarpışmayı önleyen arabalar üretebiliriz.
08:19
or we can look for survivors in hazardous conditions
142
483412
3914
Ya da pencerelerden yansıyan ışığı kullanarak
08:23
by looking at light reflected through open windows,
143
487326
4278
tehlikeli kaza durumlarında kurtulanları arayabiliriz.
08:27
or we can build endoscopes that can see
144
491604
2625
Veya vücudun derinliklerini herhangi bir
08:30
deep inside the body around occluders,
145
494229
3270
engelle karşılaşmadan görüntüleyebilen
08:33
and also for cardioscopes.
146
497499
1876
endoskop ve kardiyoskoplar.
08:35
But of course, because of tissue and blood,
147
499375
2501
Tabii bu, doku ve kan yüzünden
08:37
this is quite challenging, so this is really a call
148
501876
2187
oldukça zorlu bir konu. Bunu bilimadamlari için
08:39
for scientists to start thinking about femto-photography
149
504063
2853
femto-fotoğrafçılık konusunu
08:42
as really a new imaging modality to solve
150
506916
2589
yeni nesil görüntüleme problemlerini çözmek için
08:45
the next generation of health imaging problems.
151
509505
3577
düşünmeye yönelik bir çağrı olarak görebilirsiniz.
08:48
Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,
152
513082
3881
Kendisi de bir bilimadami olan Doc Edgerton gibi..
08:52
science became art, an art of ultra-fast photography,
153
516963
5176
Bilim bir sanata dönüştü. Ultra-hızlı fotoğrafçılık sanatı.
08:58
and I realized that all the gigabytes of data
154
522139
3464
Ve farkettim ki topladığımız
09:01
that we're collecting every time
155
525603
2004
bu gigabyte'larca veri
09:03
is not just for scientific imaging, but we can also do
156
527607
3443
sadece bilimsel görüntüleme için değil
09:06
a new form of computational photography
157
531050
3780
hızlandırılmış çekim ve renk kodlaması ile
09:10
with time-lapse and color-coding,
158
534830
4139
yeni bir kompütasyonel fotoğrafçılık da icra edebiliriz.
09:14
and we look at those ripples. Remember,
159
538969
2770
Şimdi bu dalgalara bakıyoruz. Unutmayın,
09:17
the time between each of those ripples is only
160
541739
2675
her bir dalganın arasındaki zaman farkı
09:20
a few trillionths of a second.
161
544414
4343
sadece saniyenin trilyonda biri kadar.
09:24
But there's also something funny going on here.
162
548757
1956
Ama ayrıca burada ilginç birşey de olmakta.
09:26
When you look at the ripples under the cap,
163
550713
2354
Kapağın altına baktığımızda
09:28
the ripples are moving away from us.
164
553067
3620
dalgalar bizden uzaklaşıyor.
09:32
The ripples should be moving towards us.
165
556687
2149
Bize doğru gelmeleri gerekiyor.
09:34
What's going on here?
166
558836
1767
Burada ne oluyor?
09:36
It turns out, because we're recording
167
560603
1958
Neredeyse ışık hızında kayıt
09:38
nearly at the speed of light,
168
562561
4547
yaptığımız için
09:43
we have strange effects,
169
567108
2070
ilginç yan etkiler ortaya çıkıyor.
09:45
and Einstein would have loved to see this picture.
170
569178
4031
Einstein bu resmi görse çok hoşuna giderdi.
09:49
The order at which events take place in the world
171
573209
3269
Dünyada olayların gerçekleşme sırası
09:52
appear in the camera with sometimes reversed order,
172
576478
4568
bazen kamerada tersine işliyor.
09:56
so by applying the corresponding space and time warp,
173
581046
3359
Uzay ve zaman sıçramasını hesaplayarak
10:00
we can correct for this distortion.
174
584405
4045
bu bozulmayı düzeltebilriz.
10:04
So whether it's for photography around corners,
175
588450
4241
Köşelerin ötesini fotoğraflamak ya da
10:08
or creating the next generation of health imaging,
176
592691
4308
yeni nesil tıbbi görüntüleme sistemleri
10:12
or creating new visualizations,
177
596999
2680
veya başka bir görüntüleme tekniği olsun,
10:15
since our invention, we have open-sourced
178
599679
3559
buluşumuzu gerçekleştirdiğimizden beri
10:19
all the data and details on our website, and our hope
179
603238
3699
elimizdeki tüm verileri web sitemizde paylaştık.
10:22
is that the DIY, the creative and the research community
180
606937
6636
Ve umarız ki yaratıcı ve araştırmacı kendi-başına-yap
10:29
will show us that we should stop obsessing about
181
613573
3803
toplulukları gösterecektir ki kameralarda megapiksel
10:33
the megapixels in cameras — (Laughter) —
182
617376
3240
konusunu takıntı haline getirmeyi bırakmalıyız -- (Kahkahalar) --
10:36
and start focusing on the next dimension in imaging.
183
620616
5030
ve görüntülemenin yeni boyutlarına odaklanmalıyız.
10:41
It's about time. Thank you. (Applause)
184
625646
4534
Teşekkür ederim. (Alkış)
10:46
(Applause)
185
630180
10205
(Alkış)
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