1
00:00:01,114 --> 00:00:08,606
过去的几个世纪，显微镜改变了世界。

2
00:00:09,036 --> 00:00:14,252
它揭示了肉眼难以看到的

3
00:00:14,252 --> 00:00:17,158
物体，生命和结构的微观世界。

4
00:00:17,158 --> 00:00:20,177
它对科技进步做出了巨大的贡献。

5
00:00:20,177 --> 00:00:23,404
今天我要向您介绍一类新型显微镜，

6
00:00:23,404 --> 00:00:25,982
观察变化的显微镜。

7
00:00:25,982 --> 00:00:28,884
它不是通常所说的光学显微镜

8
00:00:28,884 --> 00:00:30,881
可以放大微小物体，

9
00:00:30,881 --> 00:00:35,257
它利用视频摄像机和图像处理

10
00:00:35,257 --> 00:00:40,513
来揭示物体和人的微小的颜色和运动变化，

11
00:00:40,513 --> 00:00:44,355
这些变化是光凭肉眼难以分辨的。

12
00:00:44,355 --> 00:00:48,475
它可以让我们以全新角度看世界。

13
00:00:48,475 --> 00:00:50,055
我所说的颜色变化是什么意思呢？

14
00:00:51,635 --> 00:00:53,217
举例来说，我们的皮肤，当血液流动时

15
00:00:53,217 --> 00:00:55,214
皮肤表面的颜色有微弱变化。

16
00:00:55,214 --> 00:00:57,611
变化十分微小，

17
00:00:57,611 --> 00:00:59,674
小到当你观察坐在

18
00:00:59,674 --> 00:01:01,925
你身边的人的时候，

19
00:01:01,925 --> 00:01:05,500
你不能看到他脸上皮肤的颜色变化。

20
00:01:05,500 --> 00:01:09,860
我们看看史蒂夫的这段视频，看上去好像是静态图片，

21
00:01:09,860 --> 00:01:13,720
但是一旦我们通过我们新的、特别的显微镜看这段视频，

22
00:01:13,720 --> 00:01:16,320
我们会看到完全不同的影像。

23
00:01:16,320 --> 00:01:20,250
您在这里看到的是史蒂夫皮肤颜色微小变化

24
00:01:20,250 --> 00:01:24,686
放大100倍之后的肉眼可见的效果。

25
00:01:24,686 --> 00:01:27,953
我们可以明确的看到人体的脉搏。

26
00:01:27,953 --> 00:01:31,180
我们可以看到史蒂夫心脏跳动得多快，

27
00:01:31,180 --> 00:01:36,535
我们还可以明确地看到血液是如何流经史蒂夫脸部的。

28
00:01:36,544 --> 00:01:39,175
我们不仅可以看到脉搏，

29
00:01:39,175 --> 00:01:42,646
还可以推测心跳速率，

30
00:01:42,646 --> 00:01:44,439
得到我们心跳速率。

31
00:01:44,439 --> 00:01:48,892
我们可以通过常用摄像机，不需碰触病人就可以实现。

32
00:01:48,892 --> 00:01:54,509
这里您可以看到我们提取的新生儿宝宝的脉搏和心跳速率

33
00:01:54,509 --> 00:01:57,390
这是从常规数码单反相机视频中提取的，

34
00:01:57,390 --> 00:01:59,206
我们测出的心率

35
00:01:59,206 --> 00:02:04,017
和医院监测器测出的一样精确。

36
00:02:04,017 --> 00:02:06,659
而且我们的软件甚至不需要我们自己专门拍摄的视频。

37
00:02:06,659 --> 00:02:09,654
我们可以对其他视频作同样处理。

38
00:02:09,654 --> 00:02:13,555
这是我截取《蝙蝠侠：侠影之谜》（Batman Begins）的一小段片断

39
00:02:13,555 --> 00:02:15,459
显示演员克里斯蒂安·贝尔（Christian Bale）的脉搏。

40
00:02:15,459 --> 00:02:17,281
（笑声）

41
00:02:17,281 --> 00:02:19,404
你知道，他应该是化了妆了，

42
00:02:19,404 --> 00:02:21,357
灯光也是挑战，

43
00:02:21,357 --> 00:02:24,308
但是我们同样从这段视频中提取到了他的脉搏

44
00:02:24,308 --> 00:02:26,326
演示效果不错。

45
00:02:26,326 --> 00:02:28,246
我们是如何做到的呢？

46
00:02:28,246 --> 00:02:32,844
首先我们分析了录像中每个像素

47
00:02:32,844 --> 00:02:35,115
的光线随时间发生的变化，

48
00:02:35,115 --> 00:02:36,913
我们放大这些变化。

49
00:02:36,913 --> 00:02:39,075
经过放大使我们肉眼可以看见这些变化。

50
00:02:39,075 --> 00:02:40,977
棘手的部分是，那些信号，

51
00:02:40,977 --> 00:02:43,910
那些我们要放大的信号十分微小，

52
00:02:43,910 --> 00:02:46,689
所以我们必须把它们和视频中存在的噪音

53
00:02:46,689 --> 00:02:50,520
区分出来。

54
00:02:50,520 --> 00:02:53,515
所以我们应用了一些聪明的影像处理技巧

55
00:02:53,515 --> 00:02:57,509
精确的测量每个像素中的颜色，

56
00:02:57,509 --> 00:03:00,179
然后得出颜色随时间的变化，

57
00:03:00,179 --> 00:03:02,872
再然后我们放大这些变化。

58
00:03:02,872 --> 00:03:06,852
我们可以放大这些变化，增强视频、或放大视频，

59
00:03:06,852 --> 00:03:09,024
这样就可以演示出变化。

60
00:03:09,024 --> 00:03:13,262
事实上，我们不仅可以展示颜色的细小变化，

61
00:03:13,262 --> 00:03:15,503
同样也可以展示微小的运动，

62
00:03:15,503 --> 00:03:19,079
这是因为我们的摄像机

63
00:03:19,079 --> 00:03:21,889
不仅记录物体的颜色变化，

64
00:03:21,889 --> 00:03:24,257
同样也记录了物体的运动。

65
00:03:24,257 --> 00:03:27,893
这是我女儿，那时她才两个月大。

66
00:03:27,893 --> 00:03:30,892
这是我三年前拍的。

67
00:03:30,892 --> 00:03:34,100
作为初为人父母，我们要确保孩子的健康，

68
00:03:34,100 --> 00:03:36,642
当然是，确保呼吸，确保活着。

69
00:03:36,642 --> 00:03:38,784
所以我也买了个婴儿监控器

70
00:03:38,784 --> 00:03:41,253
这也我可以在她睡着时看到她。

71
00:03:41,253 --> 00:03:44,780
这是标准婴儿监控器所看到的。

72
00:03:44,780 --> 00:03:48,462
您可以看到孩子睡着了，但没有其他信息了。

73
00:03:48,474 --> 00:03:50,078
我们看不到更多东西。

74
00:03:50,078 --> 00:03:52,902
可不可以更好点儿，有更多信息，更有用，

75
00:03:52,902 --> 00:03:55,892
就像这样。

76
00:03:55,892 --> 00:04:02,248
这里我放大了运动30倍，

77
00:04:02,248 --> 00:04:06,074
这样我就可以真切地看到我女儿还活着，在呼吸。

78
00:04:06,074 --> 00:04:08,327
（笑声）

79
00:04:08,327 --> 00:04:10,249
这是效果对比。

80
00:04:10,249 --> 00:04:12,732
同样，在原始视频上，

81
00:04:12,732 --> 00:04:14,368
我们看不到什么，

82
00:04:14,368 --> 00:04:18,075
但是一旦我放大了运动，呼吸变得肉眼可见了 。

83
00:04:18,075 --> 00:04:20,145
事实上，我们用我们的“运动显微镜”

84
00:04:20,145 --> 00:04:23,768
可以揭示很多现象。

85
00:04:23,768 --> 00:04:28,332
我们可以看到体内静脉和动脉的脉动。

86
00:04:28,332 --> 00:04:30,960
我们可以看到我们的眼睛在不断运动

87
00:04:30,960 --> 00:04:32,847
在晃动中。

88
00:04:32,847 --> 00:04:34,356
这实际上是我的眼睛，

89
00:04:34,356 --> 00:04:37,421
同样，这段视频拍摄于我女儿出生不久之后，

90
00:04:37,421 --> 00:04:41,623
所以你可以看到我睡得不多。（血丝）（笑声）

91
00:04:41,623 --> 00:04:44,339
即使当人在静止坐着，

92
00:04:44,339 --> 00:04:46,383
我们也可以提取许多信息

93
00:04:46,383 --> 00:04:49,912
如呼吸节律，面部表情微小变化。

94
00:04:49,912 --> 00:04:51,537
也许这可以

95
00:04:51,537 --> 00:04:54,691
告诉我们，我们的想法或情绪。

96
00:04:54,691 --> 00:04:57,946
我们同样也可以方法微小的机械运动，

97
00:04:57,946 --> 00:04:59,501
如引擎的震动，

98
00:04:59,501 --> 00:05:03,193
这可以帮助工程师诊断机械问题，

99
00:05:03,193 --> 00:05:07,931
或者看到建筑或结构的随风摇动。

100
00:05:07,931 --> 00:05:12,512
我们知道这些变化可以通过其他方法测量，

101
00:05:12,512 --> 00:05:14,965
但是测量是一回事，

102
00:05:14,965 --> 00:05:17,241
肉眼看到的又是

103
00:05:17,241 --> 00:05:19,795
另一回事。

104
00:05:19,795 --> 00:05:22,836
自从我们开发者这项新技术，

105
00:05:22,836 --> 00:05:26,789
我们便把代码放到了网上，这样其他人可以使用试验它。

106
00:05:26,789 --> 00:05:28,664
用起来很简单。

107
00:05:28,664 --> 00:05:30,708
可以处理你自己拍的视频。

108
00:05:30,708 --> 00:05:33,901
我们的合作伙伴，量研科技(Quanta Research)，甚至建了个网站

109
00:05:33,901 --> 00:05:36,579
这里可以上传视频并在线处理，

110
00:05:36,579 --> 00:05:40,395
这样即使你没有计算机科学或编程经验

111
00:05:40,395 --> 00:05:43,331
也可以试验这种新型“显微镜”。

112
00:05:43,331 --> 00:05:45,735
我要演示几个其他的例子

113
00:05:45,735 --> 00:05:48,470
别人用它做了什么。

114
00:05:48,470 --> 00:05:53,787
这段视频是一个叫Tamez85的YouTube用户作的

115
00:05:53,787 --> 00:05:55,250
我不知道他是谁，

116
00:05:55,250 --> 00:05:57,595
但是他(她)用我们的代码

117
00:05:57,595 --> 00:06:01,310
方法了孕妇腹部的运动。

118
00:06:01,310 --> 00:06:02,912
令人毛骨悚然。

119
00:06:02,912 --> 00:06:04,525
（笑声）

120
00:06:04,525 --> 00:06:09,486
人们用它放在自己的腕部脉搏。

121
00:06:09,486 --> 00:06:13,268
你知道要能被称为科学必须用到豚鼠，

122
00:06:13,268 --> 00:06:16,658
显然这只豚鼠叫蒂芙妮，

123
00:06:16,658 --> 00:06:19,607
这位YouTube用户声称

124
00:06:19,607 --> 00:06:22,295
这是地球上首个运动被放大的啮齿类动物。

125
00:06:22,295 --> 00:06:24,483
你也可以用它进行艺术创作。

126
00:06:24,483 --> 00:06:27,501
这是耶鲁大学设计系学生发给我的视频。

127
00:06:27,501 --> 00:06:29,638
她想看看

128
00:06:29,638 --> 00:06:31,160
她同学运动的方式有何不同。

129
00:06:31,160 --> 00:06:35,369
她让他们静止站立然后放大他们的运动。

130
00:06:35,369 --> 00:06:38,747
者看上去像是图片有了生命。

131
00:06:38,747 --> 00:06:41,180
这些例子的有意思的地方是

132
00:06:41,180 --> 00:06:43,476
我们没有进行干预。

133
00:06:43,476 --> 00:06:47,330
我们只是提供了新工具，一种看世界的新方法，

134
00:06:47,330 --> 00:06:52,462
然后人们就找到其他有意思、新的创造性地方法使用这个工具。

135
00:06:52,462 --> 00:06:54,226
我们不满足于此。

136
00:06:54,226 --> 00:06:57,477
这个工具不仅使我们有了看世界的新方法，

137
00:06:57,477 --> 00:06:59,845
同样它还重新定义了

138
00:06:59,845 --> 00:07:03,026
摄像机的功能限制。

139
00:07:03,026 --> 00:07:05,255
作为科学家，我们开始思考，

140
00:07:05,255 --> 00:07:09,040
其他物理现象造成的微小振动

141
00:07:09,040 --> 00:07:11,943
现在我们可以用摄像机来测量？

142
00:07:11,943 --> 00:07:15,944
其中一种现象就是，声音。

143
00:07:15,944 --> 00:07:18,049
声音，我们知道

144
00:07:18,049 --> 00:07:20,232
声音是一种压力波，依靠空气的压缩变化在空气中传播。

145
00:07:20,232 --> 00:07:23,853
压力波碰到物体，就会引起物体本身的微小震动。

146
00:07:23,853 --> 00:07:26,385
这就是我们听到了录音的原理。

147
00:07:26,385 --> 00:07:30,053
这样，声音也会造成物体的视觉运动。

148
00:07:30,053 --> 00:07:32,886
这些运动，肉眼难于分辨

149
00:07:32,886 --> 00:07:35,887
但是通过处理摄像机却可见。

150
00:07:35,887 --> 00:07:37,460
这里有两个例子。

151
00:07:37,460 --> 00:07:40,074
这里我展示我伟大的歌唱技巧。

152
00:07:41,064 --> 00:07:42,698
（歌唱）

153
00:07:42,698 --> 00:07:44,134
（笑声）

154
00:07:44,134 --> 00:07:47,120
我哼唱时，我录了一段高速视频。

155
00:07:47,120 --> 00:07:48,884
如果您盯着视频看的话，

156
00:07:48,884 --> 00:07:50,960
仅凭肉眼您是看不出什么端倪的，

157
00:07:50,960 --> 00:07:55,292
但是当我把运动方法100倍后我们就可以看到颈部的运动和波纹

158
00:07:55,292 --> 00:07:58,566
这是由于声音震动造成的。

159
00:07:58,566 --> 00:08:01,306
信号就藏在这段视频中。

160
00:08:01,306 --> 00:08:03,976
我们知道，歌唱家可以震碎酒杯

161
00:08:03,976 --> 00:08:05,439
如果他们发出正确的音符。

162
00:08:05,439 --> 00:08:07,204
我们播放一个音符

163
00:08:07,204 --> 00:08:09,730
玻璃杯旁边音箱发出

164
00:08:09,730 --> 00:08:11,778
的共振频率。

165
00:08:11,778 --> 00:08:16,197
我们播放音符，然后方法运动250倍，

166
00:08:16,197 --> 00:08:18,535
我们可以清楚的看到

167
00:08:18,535 --> 00:08:22,105
玻璃杯是如何响应声音共振的振动的。

168
00:08:22,105 --> 00:08:24,525
这是我们日常见不到的。

169
00:08:24,525 --> 00:08:28,054
但是这激发了我们思考。给我们一个疯狂的主意。

170
00:08:28,054 --> 00:08:33,662
我们能不能通过分析声音在物体上造成的微小振动

171
00:08:33,662 --> 00:08:37,697
从视频中逆向重构出声音来呢，

172
00:08:37,697 --> 00:08:42,474
重构出原来的声音呢？

173
00:08:42,474 --> 00:08:46,931
依靠这种方法，我们可以把任何物体变成麦克风。

174
00:08:46,931 --> 00:08:49,163
我们真的照做了。

175
00:08:49,163 --> 00:08:51,979
这是一个空薯片袋，放在桌上，

176
00:08:51,979 --> 00:08:54,804
我们要把这个薯片袋变为一个麦克风

177
00:08:54,804 --> 00:08:56,395
用摄像机拍摄视频

178
00:08:56,395 --> 00:08:59,623
然后分析视频中声音造成的微小振动。

179
00:08:59,623 --> 00:09:02,419
这是我们在房间中播放的声音。

180
00:09:02,419 --> 00:09:06,853
（音乐：“Mary Had a Little Lamb”）

181
00:09:10,007 --> 00:09:13,032
这是我们摄制的薯片袋的高速视频。

182
00:09:13,032 --> 00:09:14,306
同样，

183
00:09:14,306 --> 00:09:17,648
您凭肉眼

184
00:09:17,648 --> 00:09:18,706
是看不出来什么的，

185
00:09:18,706 --> 00:09:21,690
但是我们可以通过分析视频中微小的振动

186
00:09:21,690 --> 00:09:23,873
恢复出原有的声音。

187
00:09:23,873 --> 00:09:26,682
（音乐：“Mary Had a Little Lamb”）

188
00:09:40,985 --> 00:09:42,471
我叫它 —— 谢谢。

189
00:09:42,471 --> 00:09:47,696
（掌声）

190
00:09:49,878 --> 00:09:52,223
我叫它视觉麦克风。

191
00:09:52,223 --> 00:09:55,613
实际上我们从视频信号中提取了音频信号。

192
00:09:55,613 --> 00:09:58,794
为了让您了解运动的大小，

193
00:09:58,799 --> 00:10:04,135
一个特别大的声音可以导致薯片袋一微米的变化。

194
00:10:04,135 --> 00:10:06,874
也就是千分之一毫米。

195
00:10:06,874 --> 00:10:10,435
这就是我们能够提取出来的微小运动

196
00:10:10,435 --> 00:10:13,678
仅仅是通过摄像机录制的视频

197
00:10:13,678 --> 00:10:15,814
观察光线在物体上的变化。

198
00:10:15,814 --> 00:10:19,064
我们可以从物体上重构出原声音，如植物。

199
00:10:19,064 --> 00:10:25,380
（音乐：“Mary Had a Little Lamb”）

200
00:10:27,214 --> 00:10:29,211
我们也可以重构出讲话。

201
00:10:29,211 --> 00:10:31,788
这是一个人在房间中讲话。

202
00:10:31,788 --> 00:10:35,991
（声音：Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,）

203
00:10:35,991 --> 00:10:40,221
and everywhere that Mary went,
that lamb was sure to go.

204
00:10:40,221 --> 00:10:42,980
迈克尔·鲁宾斯坦：这是一个讲话

205
00:10:42,980 --> 00:10:46,254
这段视频同样是由那个薯片袋重构出声音。

206
00:10:46,254 --> 00:10:51,085
声音：Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,

207
00:10:51,085 --> 00:10:55,944
and everywhere that Mary went,
that lamb was sure to go.

208
00:10:55,944 --> 00:10:58,290
迈克尔·鲁宾斯坦：我们用儿歌“Mary Had a Little Lamb”

209
00:10:58,290 --> 00:11:00,413
因为托马斯 爱迪生在1877年

210
00:11:00,413 --> 00:11:04,574
第一次录制在留声机上的也是这首儿歌。

211
00:11:04,574 --> 00:11:07,802
这是历史上第一个录音设备。

212
00:11:07,802 --> 00:11:11,129
原理是把声音录在薄膜上

213
00:11:11,129 --> 00:11:15,208
声音通过振动的针头刻录在锡箔上

214
00:11:15,208 --> 00:11:17,483
锡箔被包裹在圆柱体上。

215
00:11:17,483 --> 00:11:23,426
这是演示爱迪生留声机的录制和回放。

216
00:11:23,426 --> 00:11:26,446
（视频）声音：Testing,
testing, one two three.

217
00:11:26,446 --> 00:11:29,859
Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,

218
00:11:29,859 --> 00:11:33,528
and everywhere that Mary went,
the lamb was sure to go.

219
00:11:33,528 --> 00:11:36,268
Testing, testing, one two three.

220
00:11:36,268 --> 00:11:40,424
Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,

221
00:11:40,424 --> 00:11:45,648
and everywhere that Mary went,
the lamb was sure to go.

222
00:11:45,648 --> 00:11:49,665
迈克尔·鲁宾斯坦：137年过去了，

223
00:11:49,665 --> 00:11:53,752
我们可以重构出同样质量的声音

224
00:11:53,752 --> 00:11:57,831
却是通过观察摄像机拍摄的物体振动实现的，

225
00:11:57,831 --> 00:11:59,765
我们甚至可以把摄像机

226
00:11:59,765 --> 00:12:03,999
放到15英尺外隔音玻璃后边。

227
00:12:03,999 --> 00:12:07,219
这是我们在这种情况下还原的声音。

228
00:12:07,219 --> 00:12:12,513
声音：Mary had a little lamb
whose fleece was white as snow,

229
00:12:12,513 --> 00:12:17,272
and everywhere that Mary went,
the lamb was sure to go.

230
00:12:17,404 --> 00:12:21,034
迈克尔·鲁宾斯坦：当然，监控是我们想到的第一个应用。

231
00:12:21,034 --> 00:12:24,029
（笑声）

232
00:12:24,029 --> 00:12:28,085
但是它应该还有其他用处。

233
00:12:28,085 --> 00:12:30,925
可能，未来我们可以用它

234
00:12:30,925 --> 00:12:33,177
太空中还原声音，

235
00:12:33,177 --> 00:12:36,753
因为声音不可以在太空中传播，但光可以。

236
00:12:36,753 --> 00:12:39,157
我们仅仅是刚刚开始探索

237
00:12:39,157 --> 00:12:42,176
这项新技术的可能用途。

238
00:12:42,176 --> 00:12:45,008
这让我们熟知的物理过程

239
00:12:45,008 --> 00:12:48,564
变得肉眼可见了。

240
00:12:48,564 --> 00:12:49,768
这是我们的团队。

241
00:12:49,768 --> 00:12:52,647
今天我展示的一切

242
00:12:52,647 --> 00:12:54,838
都是这群伟大的人的协作成果。

243
00:12:54,838 --> 00:12:58,005
我鼓励您，欢迎您访问我们的网站，

244
00:12:58,005 --> 00:12:59,451
亲身体验，

245
00:12:59,451 --> 00:13:02,423
加入我们，一同探索微小振动的世界。

246
00:13:02,423 --> 00:13:04,048
谢谢。

247
00:13:04,048 --> 00:13:05,302
（掌声）