Vidieť neviditeľný pohyb, počuť tichý zvuk. Skvelé? Desivé? Nevieme sa rozhodnúť.

Zoznámte sa s „pohybovým mikroskopom“, nástrojom na spracovanie videa, ktorý zosilňuje nebadateľné pohyby a zmeny farieb. Videovýskumník Michael Rubinstein nám púšťa jeden neuveriteľný záber za druhým, ukazujúc, ako sa na základe krátkeho záberu určitej osoby dá odhaliť tlkot jej srdca. Sledujte, ako dokáže rozlúštiť rozhovor zvýraznením zvukových vibrácií odrážajúcich sa od vrecka zemiačkov. Neuveríte, kým neuvidíte úchvatné i hrozivé možnosti tejto techniky.

Za posledných pár storočí
mikroskopy zmenili náš svet.

Odhalili nám maličký svet
živých i neživých objektov,

štruktúr, ktoré sa nedajú
vidieť voľným okom.

Obrovsky prospeli vede a technike.

Dnes by som vám rád predstavil
nový typ mikroskopu,

mikroskop na zmeny.

Nevyužíva optiku, ako bežný mikroskop,

na zväčšovanie malých objektov.

Miesto toho pomocou kamery
a spracovania obrazu

odhaľuje jemné pohyby a
farebné zmeny vecí i ľudí,

zmeny, ktoré voľným okom nezbadáme.

Dovoľuje nám vidieť náš svet
úplne novým spôsobom.

Čo myslím pod farebnými zmenami?

Napríklad pleť jemnúčko mení farbu,

keď pod ňou prúdi krv.

Tá zmena je neuveriteľne malá,

preto, keď sa na niekoho pozriete,

na človeka, čo sedí vedľa vás,

nevidíte, že by jeho pleť menila farbu.

Pozrime sa na Stevea na tomto videu.
Vyzerá to ako statická fotka.

Ale keď sa na video pozrieme
naším novým špeciálnym mikroskopom,

zrazu uvidíme úplne iný obrázok.

To čo tu vidíte, sú malé
farebné zmeny Steveovej pokožky

zvýraznené 100-krát, takže sa dajú vidieť.

Vidíme vlastne ľudský tep.

Vidíme, ako rýchlo bije Steveovi srdce,

a tiež cesty, ktorými
prúdi krv v jeho tvári.

Nielen, že vieme tep zviditeľniť,

môžeme aj určiť jeho frekvenciu

a merať tak tep.

Stačí na to obyčajná kamera
a pacienta sa netreba ani dotknúť.

Tu vidíte tep
a srdcovú frekvenciu novorodenca,

ktoré sme získali z videa,
natočeného obyčajnou DSLR kamerou.

Naše meranie je rovnako presné

ako štandardný monitorovací
prístroj v nemocnici.

A to ani nemusíme video natočiť sami.

Môžme v podstate použiť aj iné videá.

Tu som vybral krátky záber
z filmu Batman začína,

aby som vám ukázal tep Christiana Balea.

(smiech)

Zrejme má make-up

a osvetlenie je trochu problematické,

ale aj tak vieme len na základe
videa určiť jeho tep

a celkom pekne ho ukázať.

Takže ako to celé robíme?

V podstate analyzujeme svetelné zmeny

každého pixelu v priebehu času

a potom ich zvýrazníme.

Zmeny zväčšíme, aby sme ich videli.

Háčik je v tom, že tieto signály,

zmeny, ktoré nás zaujímajú,
sú extrémne slabé.

Musíte byť veľmi opatrní pri ich rozlíšení

od ruchu, ktorý je v každom videu.

Pomocou rôznych šikovných techník
spracovania obrazu

vieme veľmi presne
určiť farbu v každom pixeli,

a tiež farebné zmeny v čase

a nakoniec tieto zmeny zvýrazniť.

Vytvoríme tak takéto
vylepšené či zosilnené videá,

na ktorých sú zmeny viditeľné.

[Pohybový mikroskop]

Ukázalo sa, že takto dokážeme zobraziť
nielen malé zmeny farieb,

ale aj jemné pohyby,

pretože svetlo, ktoré kamera zachytí,

sa nemení len s farbou objektu,

ale tiež, keď sa objekt hýbe.

Toto je moja dcéra,
keď mala tak dva mesiace.

Video som natočil asi pred troma rokmi.

Ako čerství rodičia si všetci
chceme byť istí, že naše bábätko

je zdravé, že dýcha, že žije, samozrejme.

Takže aj ja som si kúpil baby monitor,

aby som mohol vidieť malú, keď spí.

Takto nejako to vyzerá
na bežnom baby monitore.

Vidíme, že bábo spí,
ale príliš veľa informácií nemáme.

Nevidíme toho zas tak veľa.

Nebolo by lepšie,
informatívnejšie, užitočnejšie,

keby sme sa na to mohli pozrieť takto?

30-krát som zvýraznil zachytené pohyby

a hneď som videl,
že malá fakt žije a dýcha.

(smiech)

Pre porovnanie.

Na pôvodnom videu

veľa nevidieť,

ale keď zvýrazníme pohyby,
dýchanie je oveľa lepšie vidno.

Ukázalo sa, že je veľa javov,

ktoré vie náš nový
pohybový mikroskop odhaliť.

Vidíme, ako nám v tele
pulzujú žily a tepny.

Vidíme, že oči máme

v neustálom pohybe.

Toto je moje oko,

z videa natočeného po narodení dcérky.

Vidno, že som toho veľa nenaspal.

Aj keď človek len kľudne sedí,

vieme získať kopu informácií

o jeho dýchacích vzorcoch,
jemných výrazoch tváre.

Možno by nám tieto pohyby

mohli niečo prezradiť o našich
myšlienkach či pocitoch.

Zvýrazniť vieme aj malé mechanické pohyby,

ako sú vibracie motoru,

a pomôcť tak inžinierom detekovať
problémy strojného zariadenia

alebo vidieť, ako sa konštrukcie
kývu vo vetre a reagujú na sily.

Všetky tieto veci vieme merať aj inak,

ale merať pohyby je jedna vec

a vidieť ich prebiehať v reálnom čase

je niečo úplne iné.

Hneď ako sme túto techniku vyvinuli,

zverejnili sme softvér na internete,
aby s ňou mohol každý experimentovať.

Uživateľsky veľmi jednoduché.

Funguje s vašimi videami.

Naši spolupracovníci v Quanta Research
vytvorili dokonca stránku,

kde môžte nahrať vaše video
a spracovať ho online,

takže aj keď nemáte skúsenosti
s IT a programovaním,

ľahko môžete experimentovať
s týmto novým mikroskopom.

Rád by som vám ukázal pár príkladov

od používateľov.

Toto video dal na youtube istý Tamez85.

Neviem, kto to je,

ale použil alebo použila náš soft

na zvýraznenie jemných pohybov
brucha v tehotenstve.

Trošku desivé.

(smiech)

Iní zosilňujú pulzujúce žily na ruke.

A nič nie je skutočná veda,
kým nepoužijete morča.

Podľa všetkého sa toto morča volá Tiffany

a daný užívateľ tvrdí,
že je to prvý hlodavec na Zemi,

ktorý bol pohybovo zosilnený.

Dá sa použiť aj v umení.

Toto mi poslala jedna
študentka dizajnu z Yale.

Zaujímali ju rozdiely

v pohyboch jej spolužiakov.

Natočila, ako pokojne stoja
a potom zvýraznila pohyby.

Ako keď fotky ožijú.

Na týchto ukážkach je pekné to,

že sme s nimi nemali nič spoločné.

Len sme poskytli nový nástroj,
nový spôsob, ako sa dívať na svet

a ľudia sami našli zaujímavé,
nové a tvorivé využitie.

Tým sme ale neskončili.

Vďaka tomuto nástroju nielen
že vidíme svet novými očami,

ale zároveň redefinujeme

a posúvame hranice toho,
čo sa s foťákom dá robiť.

Ako vedci sme začali pátrať

po ďalších javoch,
vyvolávajúcich malé pohyby,

ktoré teraz môžeme merať kamerou.

A jeden z takýchto javov,
na ktorý sme sa zamerali, je zvuk.

Zvuk, ako všetci vieme, to sú zmeny tlaku,

ktoré sa šíria vzduchom.

Keď táto tlaková vlna narazí na objekt,
jemne ho rozvibruje.

Vďaka tomu zvuk počujeme i nahrávame.

Ukázalo sa, že zvuk tiež vyvoláva
vizuálne pohyby.

Pohyby, ktoré oko neodhalí,

ale video s príslušným spracovaním už áno.

Mám tu dva príklady.

Tu predvádzam svoj úžasný spevácky talent.

(spev)

(smiech)

Nahral som svoje brumendo
na vysokorýchlostné video.

Ak sa na video pozriete,

ani teraz neuvidíte nič moc,

ale keď pohyby zvýrazníme 100-krát,

vidíme, ako sa hrdlo
pri vydávaní zvuku hýbe a vlní.

Ten signál je tam.

Vieme tiež, že speváci dokážu
rozbiť pohár na víno,

ak trafia správny tón.

Takže pustíme tón,

ktorý je v rezonancii s pohárom

pomocou reproduktoru vedľa neho.

Keď pustíme tón a
pohyby zvýrazníme 250-krát,

veľmi jasne vidíme, ako pohár vibruje

a rezonuje v reakcii na ten zvuk.

Toto neuvidíte každý deň.

Nedalo nám to pokoj,
prišiel ten šialený nápad.

Mohli by sme tento proces obrátiť
a dostať zvuk z videa

analýzou vibrácií, vytvorených
v objektoch zvukovými vlnami

a konvertovať ich späť na pôvodný zvuk?

Takto spravíme z bežných vecí mikrofóny.

Presne to sme urobili.

Tu máme prázdny obal od zemiačkov
ležiaci na stole

a spravíme z neho mikrofón

tým, že ho nafilmujeme

a zanalyzujeme jemné pohyby,
ktoré v ňom zvukové vlny vytvorili.

Toto hralo v tej miestnosti.

(pesnička Mary mala ovečku)

a toto je vysokorýchlostné video
nášho vrecka.

Video je pustené,

ale ako vždy, nič nevidíme

prostým pohľadom.

Ale tu máme zvuk,
ktorý sme získali len analýzou

jemného pohybu na videu.

(pesnička Mary mala ovečku)

Volám to… Ďakujem.

(potlesk)

Volám to vizuálny mikrofón.

Extrahujeme audio signál z video signálu.

Aby ste mali predstavu o mierke,

fakt silný zvuk pohne vreckom
o menej než mikrometer.

To je tisícina milimetra.

Tak maličké sú pohyby,
ktoré teraz vieme vytiahnuť

tým, že svetlo,
ktoré sa odrazí od predmetu

nahráme na kameru.

Pôvodný zvuk vieme dostať
aj z iných predmetov, napríklad z rastlín.

(pesnička Mary mala ovečku)

Funguje to aj s rečou.

Tu niekto rozpráva v miestnosti.

Hlas: Mary mala ovečku
s bielučkou vlnou

a všade kam Mary šla,
šla ovečka s ňou.

A toto sme z toho dostali

pomocou nášho vrecka od zemiačkov.

Hlas: Mary mala ovečku
s bielučkou vlnou

a všade kam Mary šla,
šla ovečka s ňou.

Použili sme Mary mala ovečku,

lebo to sú vraj prvé slová,

ktoré Edison nahral svojím
fonografom v roku 1877.

To bol jeden z prvých
nahrávacích prístrojov v dejinách.

Zvuk dopadal na membránu,

tá rozvibrovala ihlu,
ktorá zvuk vyryla do staniolu

obtočeného okolo valčeku.

Tu je ukážka nahrávania
s Edisonovým fonografom.

Hlas: Skúška, skúška raz, dva, tri.

Mary mala ovečku
s bielučkou vlnou

a všade kam Mary šla,
šla ovečka s ňou.

Skúška, skúška, raz, dva, tri.

Mary mala ovečku
s bielučkou vlnou

a všade kam Mary šla,
šla ovečka s ňou.

Dnes, o 137 rokov neskôr,

vieme dostať zvuk porovnateľnej kvality

len na základe videa vibrujúceho predmetu,

a to aj keď je kamera

5 metrov od predmetu za zvukotesným sklom.

Za takých podmienok sme získali toto:

Hlas: Mary mala ovečku
s bielučkou vlnou

a všade kam Mary šla,
šla ovečka s ňou.

Samozrejme, odpočúvanie
je prvá vec, čo človeka napadne.

(smiech)

Ale dá sa to využiť aj inak.

Možno sa nám v budúcnosti podarí

nahrať zvuky z vesmíru,

pretože zvuk sa v kozme nešíri,
ale svetlo áno.

Len sme začali objavovať

možnosti využitia tejto novej techniky.

Môžme vidieť fyzikálne javy,
o ktorých sme síce vedeli,

ale doteraz sme ich nikdy
nevideli na vlastné oči.

Toto je náš tím.

Všetko, čo som vám dnes ukázal,
je výsledok spolupráce

s touto skvelou partou

a odporúčam vám navštíviť našu stránku,

vyskúšajte si to sami,

a pridajte sa k nám
pri objavovaní sveta malých pohybov.

Ďakujem vám.

(potlesk)