Doc Edgerton inspired us with awe and curiosity

100万分の1秒を捉えたもので

with this photo of a bullet piercing through an apple,

誰もが驚き 好奇心をかき立てられました

and exposure just a millionth of a second.

そして今 50年を経て 撮影速度が その100万倍も速くなり

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

100万でも

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

10億でもなく

but one trillion frames per second.

毎秒1兆フレームで 世界を見られるようになりました

I present to you a new type of photography,

ご紹介するのは新しい撮影技術

femto-photography,

フェムト・フォトグラフィーです

a new imaging technique so fast

この非常に高速な 新しいイメージング技術では

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

伝わっていく光でさえも スローモーション撮影できます

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

またこの技術を使って

beyond line of sight,

見通せない角の

or see inside our body without an x-ray,

先を見られるカメラや

and really challenge what we mean by a camera.

X線を使わないで 体内を観察できるカメラを作れます

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

カメラという言葉の意味が 大きく変わるのです

in one trillionth of a second --

レーザーポインターを点滅させるとしましょう

which is several femtoseconds --

1兆分の1秒で点滅させれば

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

つまり数フェムト秒の間隔なら

And that packet of photons, that bullet,

生じた光子の塊の長さは

will travel at the speed of light,

ほんの1ミリ程度になり

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

この光子の塊 すなわち弾丸が

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

光の速度で進みます

and fire into this bottle,

これは普通の弾丸より 100万倍速いのです

how will those photons shatter into this bottle?

そんな光子の塊という弾丸を使って

How does light look in slow motion?

ボトルに打ち込んだら

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

光子はどんなふうに砕け散るでしょう

Now, the whole event --

スローモーションの光は どう見えるでしょう

(Applause)

そしてお見せしたー(拍手)

Now remember, the whole event is effectively taking place

(拍手)

in less than a nanosecond --

お見せした全ての事象は ナノ秒より短い

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

時間で起きていることを念頭にご覧ください

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

光が通過する時間が ナノ秒以下なのです

so you can see the light in motion.

このビデオは100億倍遅く再生しているので

(Laughter)

光の動きが見えるのです

But Coca-Cola did not sponsor this research.

ちなみに コカコーラからのご支援は頂いていません (笑)

(Laughter)

ビデオでは色々な事が起こっています

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

何が起きているか順に説明しましょう

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

パルスすなわち弾丸がボトルに入ります

So the pulse enters the bottle, our bullet,

光子の塊が横切り始めると

with a packet of photons that start traveling through

内部での散乱も始まります

and that start scattering inside.

漏れだす光もあり テーブルを照らします

Some of the light leaks, goes on the table,

そしてさざ波のようなものも見えます

and you start seeing these ripples of waves.

最終的に大半の光子がキャップに到達して

Many of the photons eventually reach the cap

あらゆる方向に飛び散ります

and then they explode in various directions.

空気の泡も見えますが

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

そこでは内部に跳ね返ります

and it's bouncing around inside.

同時にテーブル上の波も広がっていきます

Meanwhile, the ripples are traveling on the table,

上面での反射のために

and because of the reflections at the top,

何フレームか後にはボトルの底側に

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

反射光が集まります

the reflections are focused.

普通の弾丸を撃って

Now, if you take an ordinary bullet

同じ距離進む映像を撮って

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

100億倍でスロー再生したら

again, by a factor of 10 billion --

どれほど時間のかかるビデオになるでしょう

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

一日？一週間？実はまる一年もかかります

(Laughter)

かなり退屈な映像でしょう (笑)

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

普通の弾丸がゆっくりと動いていくのです

It'll be a very boring movie --

こんな静物の写真を撮ってみました

(Laughter)

テーブル表面やトマトや後ろの壁を

of a slow, ordinary bullet in motion.

流れるさざ波が見えます

And what about some still-life photography?

池の水面に石を投げ込んだみたいです

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

フェムト秒で撮った写真を

the tomato and the wall in the back.

自然はこう彩るのかと驚きました

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

もちろん人の眼には 統合された合成画像が見えます

I thought: this is how nature paints a photo,

ただもう一度トマトを見てもらうと

one femto frame at a time,

トマトが光に洗い流されている間

but of course our eye sees an integral composite.

光り続け 暗くなることはありません

But if you look at this tomato one more time,

なぜでしょう それはトマトが熟していて

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

光はトマトの内部で反射を繰り返し

it continues to glow.

一兆分の数秒で外に出てくるからです

It doesn't become dark. Why is that?

将来このフェムトカメラが

Because the tomato is actually ripe,

携帯電話に付いたら

and the light is bouncing around inside the tomato,

スーパーに行って

and it comes out after several trillionths of a second.

果物が熟しているかどうか 手も触れずに調べられるでしょう

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

MIT の私のチームはどうやって このカメラを作ったのでしょう

you might be able to go to a supermarket

写真を撮る人はご存知のように

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

露出時間を短くすると 光の量は大変少なくなります

(Laughter)

さらに 通常の短時間露光よりも

So how did my team at MIT create this camera?

百億倍以上速くしようというのです

Now, as photographers, you know,

だから光はほとんどありません

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

我々は光の塊の弾丸を

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

何百万回も発射します

so you're going to get hardly any light.

非常に巧妙に 同期を取りながら記録を繰り返し

So what we do is we send that bullet --

何ギガバイトものデータから

that packet of photons -- millions of times,

計算によって織り出される物が

and record again and again with very clever synchronization,

先ほどご覧になったフェムトビデオです

and from the gigabytes of data,

処理前のデータをいろいろ使って

we computationally weave together

非常に興味深い処理もできます

to create those femto-videos I showed you.

スーパーマンは空を飛び

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

透明になるヒーローもいます

So, Superman can fly.

これからのスーパーヒーローの新しい能力として

Some other heroes can become invisible.

角の先を見通すのはどうでしょう

But what about a new power for a future superhero:

このアイデアは扉を照らした光が

To see around corners.

跳ね返って部屋の中に入ると

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

その一部が反射されて扉に戻り

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

カメラまで戻ってくるので

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

こんなふうに多重反射した光を利用できるのです

and then back to the camera.

これは空想SFではなく実際に作りました

And we could exploit these multiple bounces of light.

左にあるのがフェムトカメラです

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

壁の後ろにマネキンが隠れています

On the left, you see our femto-camera.

光は扉で跳ね返ります

There's a mannequin hidden behind a wall,

我々の論文がネイチャー・コミュニケーションズ誌に

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

掲載された後で

So after our paper was published in Nature Communications,

ネイチャーのサイトで特集され

it was highlighted by Nature.com,

こんなアニメーションを作ってくれました

and they created this animation.

(音楽)

(Music)

光の弾丸を発射するところです

[A laser pulse is fired]

壁に当たります

(Music)

光子の塊は

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

あらゆる方向に飛び散り

and they're going to hit this wall,

隠れたマネキンに当たる光子もあります

and because of the packet of the photons,

そのマネキンがまた光を散乱させ

they will scatter in all the directions,

そして再び今度は扉が

and some of them will reach our hidden mannequin,

散乱光の一部を反射します

which in turn will again scatter that light,

光子のほんの一部が

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

カメラに戻ります 大事なのは

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

光が帰ってくるタイミングが 少しずつ違っていること

but most interestingly,

(音楽)

they will all arrive at a slightly different time slot.

使用したカメラは 大変高速なフェムトカメラなので

(Music)

独特な能力があります

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

時間分解能が大変優れていて

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

世界を光の速度で眺めることができるわけです

It has very good time resolution,

こうして 扉までの距離や 隠れた物体までの距離がわかります

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

こうして 扉までの距離や 隠れた物体までの距離がわかります

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

ただどの点が

but also to the hidden objects,

どの距離に相当するのかわかりません

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

(音楽)

(Music)

レーザー光を一度光らせて 未処理写真が一枚撮れますが

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

これだけ見ても 何だか分かりません

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

しかし こういう写真をたくさん撮って

But then we will take a lot of such pictures,

こういう写真を何十枚も 組み合わせ

dozens of such pictures, put them together,

光の多重散乱の解析を試みれば

and try to analyze the multiple bounces of light,

そこから 隠れた物体を見られないでしょうか？

and from that, can we see the hidden object?

完全な立体として見ることはできないでしょうか？

Can we see it in full 3D?

我々が再構成した結果はこうなりました

So this is our reconstruction.

(音楽)

(Music)

(音楽)(拍手)

(Applause)

この技術を実験室の外に持ち出す前に

Now, we have some ways to go

まだやるべきことはありますが いずれは

before we take this outside the lab on the road,

曲がり角の先の物との

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

衝突を避ける自動車や

with what's around the bend.

危険な状況下での生存者探索に

Or we can look for survivors in hazardous conditions

開いた窓ごしに反射されてくる光を使ったり

by looking at light reflected through open windows.

体内の見通せないものの奥まで見られる

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

内視鏡や血管内視鏡も

and also for cardioscopes.

作ることができるでしょう

But of course, because of tissue and blood,

もちろん 細胞や血液があるので

this is quite challenging,

これは大変に難しい課題ですが

so this is really a call for scientists

科学者の皆さんに考えはじめて欲しいことは

to start thinking about femto-photography

新しいイメージング手法のフェムト・フォトグラフィーで

as really a new imaging modality

次世代の医療イメージングの答えになる可能性です

to solve the next generation of health-imaging problems.

科学者であったエジャートン博士が

Now, like Doc Edgerton, a scientist himself,

科学から超高速写真という芸術を生み出したように

science became art --

私も実験のたびに集まる

an art of ultra-fast photography.

数ギガバイトのデータを使って

And I realized

単に科学的な画像を作るだけでなく

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

新しい形のコンピュテーショナル・フォトグラフィが

are not just for scientific imaging.

微速度撮影や色変換によって 実現できると気が付きました

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

さっきの波模様を見てみましょう

with time-lapse and color coding.

この波どうしの時間差は

And we look at those ripples.

一兆分の数秒ほどです

Remember:

ここで面白いことが起きています

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

キャップの下側を見てみると

But there's also something funny going on here.

波は遠ざかるほうに進んでいます

When you look at the ripples under the cap,

波は近づいてくるはずなのです

the ripples are moving away from us.

何が起きているのでしょうか

The ripples should be moving towards us.

実は 光の速度に

What's going on here?

近い領域で記録したために

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

奇妙な効果が現われたのです

we have strange effects,

アインシュタインはこの写真を見たかったことでしょう

and Einstein would have loved to see this picture.

カメラに見える世界の中で起きる

(Laughter)

出来事の順番はときどき逆転し

The order at which events take place in the world

適切な時間と空間の歪みを考慮することで

appears in the camera sometimes in reversed order.

この歪みを補正することができます

So by applying the corresponding space and time warp,

角を見通す写真であれ

we can correct for this distortion.

次世代の医用画像であれ

So whether it's for photography around corners,

新たな可視化技術の開発であれ

or creating the next generation of health imaging,

我々は発明した後は オープンソース化して

or creating new visualizations,

全てのデータと詳細をウェブに公開しました

since our invention,

もの作り好きやクリエイターや 研究者からの こんな提言を期待しているのです

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

カメラの画素が何メガピクセルかに こだわるのは止めよう

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

(笑)

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

イメージングについては 新たな次元にフォーカスしよう

(Laughter)

「時」を考える 「時」になったのです ありがとう (拍手)

and start focusing on the next dimension in imaging.

(拍手)

It's about time.

Thank you.

(Applause)