TEDGlobal 2012
Ramesh Raskar: Imaging at a trillion frames per second
Ramesh Raskar: Pemindaian 1 triliun gambar per detik
Filmed:
Readability: 4
5,395,201 views
Ramesh Raskar menunjukkan femto-fotografi, jenis pemindaian baru yang sangat cepat dengan kecepatan 1 triliun gambar per detik, sangat rinci hingga dapat menunjukkan pergerakan cahaya. Teknologi ini suatu hari dapat digunakan untuk membuat kamera yang dapat melihat ke sudut-sudut dan melihat ke dalam tubuh tanpa sinar 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 membangkitkan rasa kagum dan penasaran kita
00:22
with this photo of a bullet piercing through an apple,
1
6880
5262
dengan foto peluru yang menembus sebuah apel ini
00:28
and exposure just a millionth of a second.
2
12142
4878
dengan paparan selama sepersejuta detik.
00:32
But now, 50 years later, we can go a million times faster
3
17020
7307
Namun kini, 50 tahun sesudahnya, kita bisa sejuta kali lebih cepat
00:40
and see the world not at a million,
4
24327
3596
dan melihat dunia tidak dalam 1 juta
00:43
or a billion,
5
27923
1810
atau 1 miliar,
00:45
but one trillion frames per second.
6
29733
3435
namun 1 triliun gambar setiap detiknya.
00:49
I present you a new type of photography,
7
33168
4385
Inilah jenis fotografi baru,
00:53
femto-photography,
8
37553
2059
femto-fotografi,
00:55
a new imaging technique so fast
9
39612
4600
teknik pemindaian terbaru yang sangat cepat
01:00
that it can create slow motion videos of light in motion.
10
44212
5201
hingga dapat membuat video gerak lambat dari pergerakan cahaya.
01:05
And with that, we can create cameras
11
49413
2738
Dan dengan itu, kita dapat membuat kamera
01:08
that can look around corners,
12
52151
2145
yang dapat melihat ke sudut-sudut
01:10
beyond line of sight
13
54296
1997
di luar jangkauan penglihatan
01:12
or see inside our body without an X-ray,
14
56293
4393
atau melihat tubuh kita tanpa sinar X
01:16
and really challenge what we mean by a camera.
15
60686
5401
dan benar-benar menantang pengertian kita akan kamera.
01:21
Now if I take a laser pointer and turn it on and off
16
66087
3511
Jika laser pointer ini saya hidupkan dan matikan
01:25
in one trillionth of a second --
17
69598
2827
setiap sepersetriliun detik --
01:28
which is several femtoseconds --
18
72425
2812
beberapa femtodetik --
01:31
I'll create a packet of photons
19
75237
2280
saya membuat satu paket foton
01:33
barely a millimeter wide,
20
77517
2350
dengan lebar sekitar 1 milimeter,
01:35
and that packet of photons, that bullet,
21
79867
2926
dan paket foton itu, peluru itu
01:38
will travel at the speed of light,
22
82793
1950
akan berjalan dengan kecepatan cahaya
01:40
and, again, a million times faster than an ordinary bullet.
23
84743
4508
yaitu 1 juta kali lebih cepat daripada peluru biasa.
01:45
Now, if you take that bullet and take this packet of photons
24
89251
4906
Kini, jika peluru dan paket foton ini
01:50
and fire into this bottle,
25
94157
3173
ditembakkan ke botol ini,
01:53
how will those photons shatter into this bottle?
26
97330
4534
bagaimana foton itu akan menyebar di dalam botol?
01:57
How does light look in slow motion?
27
101864
4224
Bagaimana pergerakan cahaya dalam gerak lambat?
02:21
Now, the whole event -- (Applause)
28
126041
3658
Semua kejadian ini -- (Tepuk tangan)
02:25
(Applause)
29
129699
4219
(Tepuk tangan)
02:29
Now, remember, the whole event
30
133918
2603
Bayangkan, semua kejadian ini
02:32
is effectively taking place in less than a nanosecond
31
136521
3383
terjadi dalam waktu kurang dari 1 nanodetik
02:35
— that's how much time it takes for light to travel —
32
139904
2336
-- itulah waktu yang diperlukan cahaya untuk bergerak --
02:38
but I'm slowing down in this video by a factor of 10 billion
33
142240
4500
namun video ini dperlambat sepersepuluh miliar kali
02:42
so you can see the light in motion.
34
146740
3673
sehingga Anda dapat melihat pergerakan cahaya.
02:46
But, Coca-Cola did not sponsor this research. (Laughter)
35
150413
4621
Namun Coca-cola tidak mensponsori penelitian ini. (Tawa)
02:50
Now, there's a lot going on in this movie,
36
155034
2047
Ada banyak hal yang terjadi dalam film ini,
02:52
so let me break this down and show you what's going on.
37
157081
2362
saya akan memaparkan dan menunjukkan apa yang terjadi.
02:55
So, the pulse enters the bottle, our bullet,
38
159443
3240
Jadi cahaya itu, peluru kita masuk ke dalam botol
02:58
with a packet of photons that start traveling through
39
162683
2562
dengan satu paket foton yang mulai berjalan
03:01
and that start scattering inside.
40
165245
1837
dan menyebar di dalam botol.
03:02
Some of the light leaks, goes on the table,
41
167082
2231
Sebagian cahaya itu keluar ke meja
03:05
and you start seeing these ripples of waves.
42
169313
2787
dan Anda mulai melihat riak gelombang ini.
03:08
Many of the photons eventually reach the cap
43
172100
2881
Banyak dari foton ini akhirnya menyentuh tutupnya
03:10
and then they explode in various directions.
44
174981
2914
lalu meletup ke segala arah.
03:13
As you can see, there's a bubble of air,
45
177895
1912
Seperti yang Anda dapat lihat, di sana ada gelombang udara
03:15
and it's bouncing around inside.
46
179807
1666
yang melompat-lompat di dalamnya.
03:17
Meanwhile, the ripples are traveling on the table,
47
181473
2474
Sementara itu, riak cahaya berjalan di atas meja
03:19
and because of the reflections at the top,
48
183947
1869
dan karena pantulan dari atas
03:21
you see at the back of the bottle, after several frames,
49
185816
3634
Anda melihat cahaya di bagian belakang botol, setelah beberapa gambar
03:25
the reflections are focused.
50
189450
2902
pantulan ini terfokus pada titik tertentu.
03:28
Now, if you take an ordinary bullet
51
192352
5894
Kini, jika Anda menggunakan peluru biasa
03:34
and let it go the same distance and slow down the video
52
198246
3401
dan melihat peluru itu bergerak dengan kecepatan dan jarak yang sama
03:37
again by a factor of 10 billion, do you know
53
201647
2549
dan diperlambat 10 miliar kali, tahukah Anda
03:40
how long you'll have to sit here to watch that movie?
54
204196
5725
berapa lama Anda harus duduk menonton film itu?
03:45
A day, a week? Actually, a whole year.
55
209921
4388
1 hari? 1 minggu? Sebenarnya, 1 tahun penuh.
03:50
It'll be a very boring movie — (Laughter) —
56
214309
3914
Film yang sangat membosankan -- (Tawa) --
03:54
of a slow, ordinary bullet in motion.
57
218223
4052
dari gerakan peluru yang sangat lambat.
03:58
And what about some still-life photography?
58
222275
4603
Kini saya akan tunjukkan "still-life photography?"
04:08
You can watch the ripples again washing over the table,
59
232770
5352
Anda bisa melihat riak itu menyapu meja,
04:14
the tomato and the wall in the back.
60
238122
2913
tomat, dan dinding di bagian belakang.
04:16
It's like throwing a stone in a pond of water.
61
241035
4224
Ini seperti melempar batu ke kolam berisi air.
04:23
I thought, this is how nature paints a photo,
62
247197
3890
Saya rasa, inilah cara alam menggambar foto,
04:26
one femto frame at a time,
63
251087
2587
setiap 1 femtodetik,
04:29
but of course our eye sees an integral composite.
64
253674
5392
namun sudah pasti mata kita melihatnya sebagai kesatuan.,
04:34
But if you look at this tomato one more time,
65
259066
3126
Namun jika Anda melihat tomat ini sekali lagi,
04:38
you will notice, as the light washes over the tomato,
66
262192
2516
Anda akan menyadari, saat cahaya itu menyapu tomat ini,
04:40
it continues to glow. It doesn't become dark.
67
264708
2891
tomat ini terus bersinar dan tidak menjadi gelap.
04:43
Why is that? Because the tomato is actually ripe,
68
267599
3548
Mengapa? Karena tomat ini matang
04:47
and the light is bouncing around inside the tomato,
69
271147
2101
dan cahaya itu melompat-lompat di dalam tomato
04:49
and it comes out after several trillionths of a second.
70
273248
4466
dan keluar setelah seper-beberapa triliun detik.
04:53
So, in the future, when this femto-camera
71
277714
2633
Jadi, di masa depan saat kamera-femto ini
04:56
is in your camera phone,
72
280347
2092
ada di ponsel kamera Anda,
04:58
you might be able to go to a supermarket
73
282439
1710
Anda dapat pergi ke toserba
05:00
and check if the fruit is ripe without actually touching it.
74
284149
4040
dan memeriksa apakah buah ini matang tanpa menyentuhnya.
05:04
So how did my team at MIT create this camera?
75
288189
5330
Lalu bagaimana tim saya di MIT membuat kamera ini?
05:09
Now, as photographers, you know,
76
293519
1967
Anda tahu, sebagai fotografer,
05:11
if you take a short exposure photo, you get very little light,
77
295486
4061
pada foto dengan pencahayaan singkat, cahayanya sangat sedikit
05:15
but we're going to go a billion times faster
78
299547
2206
namun kecepatannya 1 miliar kali lebih cepat
05:17
than your shortest exposure,
79
301753
1856
daripada pencahayaan tersingkat Anda
05:19
so you're going to get hardly any light.
80
303609
1800
jadi Anda sangat sulit mendapatkan cahaya.
05:21
So, what we do is we send that bullet,
81
305409
1843
Jadi yang kami lakukan adalah mengirim peluru ini,
05:23
those packet of photons, millions of times,
82
307252
2549
paket foton ini, berjuta-juta kali
05:25
and record again and again with very clever synchronization,
83
309801
3107
dan merekamnya terus menerus dengan sinkronisasi yang sangat cerdas
05:28
and from the gigabytes of data,
84
312908
2091
dan data sebesar gigabita ini
05:30
we computationally weave together
85
314999
2116
kami jalin menjadi satu
05:33
to create those femto-videos I showed you.
86
317115
3465
untuk membuat video-femto yang baru saya tunjukkan.
05:36
And we can take all that raw data
87
320580
2540
Dan kita dapat mengambil semua data mentah itu
05:39
and treat it in very interesting ways.
88
323120
2895
dan mengolahnya dengan cara-cara menarik.
05:41
So, Superman can fly.
89
326015
1841
Jadi, Superman bisa terbang.
05:43
Some other heroes can become invisible,
90
327856
2462
Beberapa tokoh jagoan lainnya dapat menjadi tidak terlihat,
05:46
but what about a new power for a future superhero:
91
330318
5098
namun bagaimana dengan kekuatan baru dari jagoan masa depan:
05:51
to see around corners?
92
335416
2498
melihat ke setiap sudut?
05:53
The idea is that we could shine some light on the door.
93
337914
4673
Idenya adalah jika pintu itu disinari.
05:58
It's going to bounce, go inside the room,
94
342587
2675
Sinar itu akan berlompatan masuk ke dalam ruangan
06:01
some of that is going to reflect back on the door,
95
345262
2430
beberapa akan dipantulkan oleh pintu
06:03
and then back to the camera,
96
347692
1507
dan kembali ke kamera
06:05
and we could exploit these multiple bounces of light.
97
349199
3488
dan kami dapat memanfaatkan berbagai lompatan cahaya itu.
06:08
And it's not science fiction. We have actually built it.
98
352687
2397
Ini bukanlah cerita fiksi ilmiah. Kami sedang membuatnya.
06:10
On the left, you see our femto-camera.
99
355084
2384
Di sebelah kiri, ada femto-kamera.
06:13
There's a mannequin hidden behind a wall,
100
357468
2379
Aa manekin yang disembunyikan di balik dinding
06:15
and we're going to bounce light off the door.
101
359847
2982
dan kami akan membuat cahaya melompat ke pintu itu.
06:18
So after our paper was published
102
362829
1948
Setelah makalah kami diterbitkan
06:20
in Nature Communications,
103
364777
1934
di Nature Communications,
06:22
it was highlighted by Nature.com,
104
366711
1915
makalah itu disorot oleh Nature.com
06:24
and they created this animation.
105
368626
2563
dan mereka membuat animasi ini.
06:27
(Music)
106
371189
6402
(Musik)
06:33
We're going to fire those bullets of light,
107
377591
3461
Kami akan menembakkan peluru cahaya itu
06:36
and they're going to hit this wall,
108
381052
3263
dan peluru itu akan mengenai dinding
06:40
and because the packet of the photons,
109
384315
2655
dan karena paket foton ini
06:42
they will scatter in all the directions,
110
386970
2297
cahaya itu akan menyebar ke segala arah
06:45
and some of them will reach our hidden mannequin,
111
389267
2248
dan beberapa akan mencapai manekin yang tersembunyi,
06:47
which in turn will again scatter that light,
112
391515
2879
yang kembali akan menyebarkan cahaya itu,
06:50
and again in turn the door will reflect
113
394394
3686
dan pintu itu akan kembali memantulkan
06:53
some of that scattered light,
114
398080
2072
sebagian dari cahaya yang tersebar itu,
06:56
and a tiny fraction of the photons will actually
115
400152
2744
dan sebagian kecil dari foton akan
06:58
come back to the camera, but most interestingly,
116
402896
2284
kembali ke kamera, namun yang paling menarik,
07:01
they will all arrive at a slightly different time slot.
117
405180
3746
adalah foton itu akan kembali pada waktu yang berbeda.
07:04
(Music)
118
408926
4577
(Musik)
07:09
And because we have a camera that can run so fast,
119
413503
2817
Dan karena ada kamera yang sangat cepat,
07:12
our femto-camera, it has some unique abilities.
120
416320
3106
femto-kamera, yang memiliki kemampuan unik.
07:15
It has very good time resolution,
121
419426
2906
Kamera ini memiliki resolusi waktu yang sangat baik
07:18
and it can look at the world at the speed of light.
122
422332
3518
dan dapat melihat dunia pada kecepatan cahaya.
07:21
And this way, we know the distances, of course to the door,
123
425850
3545
Dan dengan cara ini, kita tahu jaraknya, lalu pintunya,
07:25
but also to the hidden objects,
124
429395
1894
dan juga benda yang tersembunyi,
07:27
but we don't know which point corresponds
125
431289
1595
namun kita tidak tahu seberapa jauh jarak
07:28
to which distance.
126
432884
2322
dari masing-masing titik.
07:31
(Music)
127
435206
3240
(Musik)
07:34
By shining one laser, we can record one raw photo, which,
128
438446
3944
Dengan penyinaran lase kita dapat merekam 1 foto mentah
07:38
you look on the screen, doesn't really make any sense,
129
442390
2450
yang jika Anda lihat, tampak tidak terlalu masuk akal,
07:40
but then we will take a lot of such pictures,
130
444840
1880
namun kita akan mengambil banyak foto seperti ini,
07:42
dozens of such pictures, put them together,
131
446720
2419
lusinan foto, dan menyatukannya
07:45
and try to analyze the multiple bounces of light,
132
449139
2678
dan mencoba menganalisis ratusan pantulan cahaya
07:47
and from that, can we see the hidden object?
133
451817
3416
dan dari sana, bisakah kita melihat benda yang tersembunyi?
07:51
Can we see it in full 3D?
134
455233
2919
Mungkinkah kita membuatnya full 3 dimensi?
07:54
So this is our reconstruction. (Music)
135
458152
2636
Inilah hasil rekonstruksi kami. (Musik)
07:56
(Music)
136
460788
3458
(Musik)
08:00
(Music) (Applause)
137
464246
8308
(Musik) (Tepuk tangan)
08:08
Now we have some ways to go before we take this
138
472554
2611
Kini ada beberapa hal yang harus kami lakukan sebelum
08:11
outside the lab on the road, but in the future,
139
475165
3197
memasarkannya, namun di masa depan
08:14
we could create cars that avoid collisions
140
478362
2834
kita dapat membuat mobil yang dapat mencegah tabrakan
08:17
with what's around the bend,
141
481196
2216
dengan melihat apa yang ada di tikungan
08:19
or we can look for survivors in hazardous conditions
142
483412
3914
atau mencari orang yang selamat pada tempat-tempat beracun
08:23
by looking at light reflected through open windows,
143
487326
4278
dengan melihat cahaya yang dipantulkan melalui jendela
08:27
or we can build endoscopes that can see
144
491604
2625
atau membuat endoskop yang dapat melihat
08:30
deep inside the body around occluders,
145
494229
3270
jauh ke dalam sumbatan di dalam tubuh,
08:33
and also for cardioscopes.
146
497499
1876
dan juga untuk analisis penyakit jantung.
08:35
But of course, because of tissue and blood,
147
499375
2501
Namun tentu saja, karena jaringan dan darah manusia,
08:37
this is quite challenging, so this is really a call
148
501876
2187
hal ini cukup menantang, sehingga benar-benar memerlukan
08:39
for scientists to start thinking about femto-photography
149
504063
2853
para ilmuwan untuk mulai memikirkan femto-fotografi
08:42
as really a new imaging modality to solve
150
506916
2589
sebagai model pemindaian baru untuk memecahkan
08:45
the next generation of health imaging problems.
151
509505
3577
masalah pemindaian kesehatan di masa depan.
08:48
Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,
152
513082
3881
Kini, seperti ilmuwan Doc Edgerton,
08:52
science became art, an art of ultra-fast photography,
153
516963
5176
ilmu menjadi seni, seni dari fotografi supercepat
08:58
and I realized that all the gigabytes of data
154
522139
3464
dan saya menyadari bahwa semua data sebesar gigabita
09:01
that we're collecting every time
155
525603
2004
yang kita kumpulkan setiap saat
09:03
is not just for scientific imaging, but we can also do
156
527607
3443
bukan hanya pemindaian ilmiah, namun juga
09:06
a new form of computational photography
157
531050
3780
bentuk baru dari komputasi fotografi
09:10
with time-lapse and color-coding,
158
534830
4139
dengan selang waktu dan penandaan warna
09:14
and we look at those ripples. Remember,
159
538969
2770
dan saat kita melihat riak itu. Ingatlah,
09:17
the time between each of those ripples is only
160
541739
2675
waktu antara setiap riak itu hanyalah
09:20
a few trillionths of a second.
161
544414
4343
seper beberapa triliun detik.
09:24
But there's also something funny going on here.
162
548757
1956
Namun ada hal lucu juga di sini.
09:26
When you look at the ripples under the cap,
163
550713
2354
Saat Anda melihat riak di bawah tutupnya,
09:28
the ripples are moving away from us.
164
553067
3620
riak itu bergerak menjauhi kita.
09:32
The ripples should be moving towards us.
165
556687
2149
Riak itu seharusnya bergerak ke arah kita.
09:34
What's going on here?
166
558836
1767
Apa yang terjadi?
09:36
It turns out, because we're recording
167
560603
1958
Ternyata, karena kami merekam
09:38
nearly at the speed of light,
168
562561
4547
dengan kecepatan hampir mendekati kecepatan cahaya
09:43
we have strange effects,
169
567108
2070
terjadi efek yang aneh,
09:45
and Einstein would have loved to see this picture.
170
569178
4031
dan Einstein akan suka melihat gambar ini.
09:49
The order at which events take place in the world
171
573209
3269
Peristiwa yang terjadi di dunia terkadang tampak
09:52
appear in the camera with sometimes reversed order,
172
576478
4568
pada kamera ini dengan urutan terbalik,
09:56
so by applying the corresponding space and time warp,
173
581046
3359
jadi dengan memasukkan pembengkokan ruang dan waktu
10:00
we can correct for this distortion.
174
584405
4045
kami dapat memperbaiki pembengkokan ini.
10:04
So whether it's for photography around corners,
175
588450
4241
Jadi baik fotografi di sekitar sudut
10:08
or creating the next generation of health imaging,
176
592691
4308
atau menciptakan pemindaian kesehatan generasi mendatang,
10:12
or creating new visualizations,
177
596999
2680
atau membuat visualisasi baru,
10:15
since our invention, we have open-sourced
178
599679
3559
sejak penemuan ini, kami telah membuka
10:19
all the data and details on our website, and our hope
179
603238
3699
semua data dan rincian pada situs kami, dan harapan kami
10:22
is that the DIY, the creative and the research community
180
606937
6636
adalah masyarakat peneliti kreatif yang mandiri
10:29
will show us that we should stop obsessing about
181
613573
3803
akan menunjukkan bahwa kita harus berhenti terobsesi pada
10:33
the megapixels in cameras — (Laughter) —
182
617376
3240
kamera megapiksel -- (Tawa) --
10:36
and start focusing on the next dimension in imaging.
183
620616
5030
dan mulai berfokus pada dimensi pemindaian berikutnya.
10:41
It's about time. Thank you. (Applause)
184
625646
4534
Yaitu dimensi waktu. Terima kasih. (Tepuk tangan)
10:46
(Applause)
185
630180
10205
(Tepuk tangan)
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