Prawdopodobnie zdarza się to w każdej minucie dnia: mała dziewczynka chce zobaczyć zdjęcie, które właśnie zrobił jej rodzic. Dzisiaj, dzięki smartfonom i innym aparatom cyfrowym, możemy natychmiast zobaczyć migawki, niezależnie od tego, czy chcemy, czy nie. Ale w 1944 roku, kiedy 3-letnia Jennifer Land poprosiła o zdjęcie z wakacji rodzinnych, które właśnie zrobił jej tata, technologia nie istniała. Więc jej tata, Edwin Land, wynalazł to.
Oryginalna kamera Polaroid uwolniła użytkowników od konieczności wędrówki do ciemni w celu opracowania zdjęć. (Lindsay Moe / Unsplash, CC BY) Trzy lata później, po wielu badaniach naukowych, Land i jego korporacja Polaroid zdały sobie sprawę z cudu niemal natychmiastowego obrazowania. Sprzęt do naświetlania i przetwarzania filmu znajduje się w aparacie; fotograf nie ma żadnych kłopotów ani zamieszania dla fotografa, który po prostu wskazuje i strzela, a następnie obserwuje, jak obraz zmaterializuje się na zdjęciu, gdy wyjdzie ono z aparatu.
Ziemia jest prawdopodobnie najbardziej znana z „natychmiastowego zdjęcia” - lub duchowego przodka dzisiejszego wszechobecnego selfie. Jego aparat Polaroid został po raz pierwszy wypuszczony na rynek w 1948 r. W sklepach i cenach skierowanych do powojennej klasy średniej. Ale to tylko jeden z wielu przełomów technologicznych, które Land wynalazł i skomercjalizował, a większość z nich skupiała się wokół światła i jego interakcji z materiałami. Technologia zastosowana do wyświetlenia filmu 3D oraz gogle, które nosimy w teatrze, były możliwe przez Landa i jego współpracowników. Kamera na pokładzie samolotu szpiegowskiego U-2, opisana w filmie Most szpiegów, była produktem lądowym, podobnie jak niektóre aspekty mechaniki samolotu. Pracował także nad problemami teoretycznymi, opierając się na głębokim zrozumieniu zarówno chemii, jak i fizyki.
Jestem naukowcem-wizjonerem, który dotknął wielu dziedzin, w których Land poczynił wielkie postępy, poprzez moją własną pracę nad nowymi metodami obrazowania, technikami przetwarzania obrazu i wizją barw ludzkich. Jako laureat medalu Edwina H. Landa w 2018 r., Przyznanego przez Optical Society of America oraz Society for Imaging Science and Technology, moja praca opiera się na technologicznych innowacjach Landa, które umożliwiły nowoczesne obrazowanie.
Kontrolowanie właściwości światła
Pierwszy przełom w optyce Edwina Landa pojawił się jako młody człowiek, kiedy wymyślił dogodną i niedrogą metodę kontrolowania jednej z podstawowych właściwości światła: polaryzacji.
Możesz myśleć o świetle jak o falach rozchodzących się ze źródła. Większość źródeł światła wytwarza mieszaninę fal o różnych właściwościach fizycznych, takich jak długość fali i amplituda wibracji. Światło uważa się za spolaryzowane, jeśli amplituda zmienia się w spójny sposób prostopadły do kierunku, w którym podróżuje fala.
Filtr polaryzacyjny może blokować wszystkie fale świetlne, które nie pasują do jego orientacji. (Fouad A. Saad / Shutterstock.com) Przy odpowiednim materiale do przejścia fal świetlnych fale świetlne można obrócić w inną płaszczyznę, spowolnić lub zablokować. Nowoczesne okulary 3D działają, ponieważ jedno oko odbiera fale świetlne drgające wzdłuż płaszczyzny poziomej, a drugie oko odbiera światło wibrujące wzdłuż płaszczyzny pionowej.
Przed lądem badacze zbudowali komponenty do kontrolowania polaryzacji z kryształów górskich, którym przypisano niemal magiczne nazwy i właściwości, choć jedynie zmniejszyły prędkość lub amplitudę fal świetlnych przemieszczających się w określonych orientacjach. Land stworzył „polaryzatory”, hodując małe kryształy i zatapiając je w plastikowych arkuszach, zmieniając przechodzące światło w zależności od jego orientacji w stosunku do rzędów kryształów. Jego niedrogi polaryzator umożliwił niezawodne i praktycznie filtrowanie światła, tak aby przepływały tylko długości fal o określonej orientacji.
Land założył Polaroid Corporation w 1937 roku w celu komercjalizacji swojej nowej technologii. Jego polaryzatory w arkuszach znalazły zastosowanie od identyfikacji związków chemicznych po regulowane okulary przeciwsłoneczne. Filtry polaryzacyjne stały się standardem w fotografii w celu zmniejszenia olśnienia. Obecnie zasady światła spolaryzowanego są stosowane w większości ekranów komputerów i telefonów komórkowych, aby zwiększyć kontrast, zmniejszyć olśnienie, a nawet włączyć lub wyłączyć poszczególne piksele.
Filtry polaryzacyjne pomagają naukowcom wizualizować struktury, których inaczej nie można zobaczyć - od cech astronomicznych po struktury biologiczne. W moim własnym polu widzenia, obrazowanie polaryzacyjne lokalizuje klasy substancji chemicznych, takich jak cząsteczki białka wyciekające z naczyń krwionośnych w chorych oczach. Polaryzacja jest również łączona z technikami obrazowania w wysokiej rozdzielczości w celu wykrycia uszkodzenia komórki pod odblaskową powierzchnią siatkówki.
Nowy sposób na wydobycie danych
Przed dniami szybkiego cyfrowego przechwytywania danych i niedrogich wyświetlaczy o wysokiej rozdzielczości lub użycia taśmy wideo fotografia Polaroid była metodą wybieraną do uzyskania wyników w wielu laboratoriach naukowych. Eksperymenty lub testy medyczne wymagały interpretacji graficznej lub obrazkowej, często z oscyloskopu analogowego, który wykreślił zmianę napięcia lub prądu w czasie. Oscyloskop był wystarczająco szybki, aby uchwycić kluczowe cechy danych - ale zapisanie danych wyjściowych do późniejszej analizy było wyzwaniem, zanim pojawiła się natychmiastowa kamera Landa.
Częstym przykładem w nauce o wzrokach jest rejestrowanie ruchów gałek ocznych. Badanie przeprowadzone w 1960 r. Wykazało światło odbite od poruszającego się oka obserwatora na ekranie oscyloskopu, który został sfotografowany zamontowanym aparatem Polaroid - podobnie jak konsumencki aparat Polaroid, który rodzina może wyciągnąć na przyjęciu urodzinowym. Przez dziesięciolecia laboratoria badawcze i placówki medyczne stosowały konfiguracje składające się z kamery Polaroid i zestawu montażowego do zbierania sygnałów elektrycznych wyświetlanych na ekranach oscyloskopów. Rozmiary formatu są mniej niż olśniewające w porównaniu do współczesnych rozdzielczości cyfrowych, ale były wówczas rewolucyjne.
Wynalazki Landa doprowadziły do powszechnego wykorzystania spolaryzowanego światła do charakteryzowania tkanek i przedmiotów, jak na tym pseudokolorowym obrazie siatkówki pacjenta z cukrzycą, która demaskuje nieregularne struktury spowodowane obrzękiem. (Ann Elsner, CC BY-ND) W 1987 r., Wraz z założeniem mojego nowego laboratorium obrazowania siatkówki, nie było żadnej niedrogiej metody zapewniania możliwości udostępniania naszych nowych obrazów. Po kilku latach starań o uzyskanie wysokiej jakości wyników na konferencje i publikacje, Polaroid Corporation przyszła nam na ratunek, przekazując darowiznę na drukarkę, umożliwiając nasz wkład naukowy dotarciu do odbiorców spoza naszego laboratorium.
Oczy nie są kamerami
Wkład kraju wykracza poza opatentowanie ponad 500 innowacji i wynalezienie produktów zakupionych przez miliony. Jego zrozumienie interakcji światła i materii promowało nowe sposoby charakteryzowania chemikaliów za pomocą światła spolaryzowanego. I zapewnił wgląd w funkcjonowanie ludzkiego układu wzrokowego, który zdawał się przeciwstawiać prawom fizyki, przedstawiając to, co nazwał teorią widzenia barw Retinex, aby wyjaśnić, jak ludzie postrzegają szeroki zakres kolorów bez obecności oczekiwanych długości fali w pokoju.
Szybkie wydruki można udostępniać i wyświetlać. (Hillary Hartley, CC BY-SA) Pomimo swojej błyskotliwości, Land's Polaroid Corporation ostatecznie przeżył ciężkie czasy w dziesięcioleciach po jego śmierci w 1991 roku. Polaroid, zainwestowany w sprzedaż filmów, nie był przygotowany, ponieważ wszystkie poziomy rynku obrazowania stały się cyfrowe, a wszyscy - od fotografów indywidualnych po wysokiej klasy - położyć kres medycznym i optycznym obraznikom rezygnującym z filmu i przetwarzania.
Ale zamiast zatonąć na rynku filmowym, Polaroid wynalazł na nowo nowe produkty, które mogłyby pomóc w tworzeniu nowego świata obrazów cyfrowych. W przypadku powtarzającej się historii Polaroid i inni producenci aparatów błyskawicznych cieszą się nową popularnością wśród młodszych pokoleń, które nie miały kontaktu z oryginalnymi wersjami. Podobnie jak mała Ziemia Jennifer, wiele osób dzisiaj chce konkretnej wersji swoich zdjęć.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation.
Ann Elsner, profesor optometrii, Indiana University
