Спустя 75 лет после представления общественности революционной камеры ученый обращает внимание на другие технологические прорывы Лэнда.
Это происходит, наверное, каждую минуту в течение дня: Маленькая девочка требует показать ей фотографию, которую только что сделал ее родитель. Сегодня, благодаря смартфонам и другим цифровым камерам, мы можем видеть снимки моментально, хотим мы этого или нет. Но в 1943 году, когда трехлетняя Дженнифер Лэнд попросила показать ей семейную фотографию с отдыха, которую только что сделал ее отец, такой технологии еще не существовало. Поэтому ее отец, Эдвин Лэнд, изобрел ее.
Три года спустя, после долгих научных разработок, Лэнд и его корпорация Polaroid создали чудо почти мгновенного снимка. Экспозиция пленки и аппаратура обработки содержатся в фотоаппарате; нет никакой суеты и хлопот для фотографа, который просто наводит и снимает, а затем наблюдает, как изображение материализуется на фотографии после того, как она выходит из фотоаппарата. Лэнд впервые публично продемонстрировал свою новую технологию 21 февраля 1947 года на заседании Оптического общества Америки.
Лэнд, вероятно, наиболее известен благодаря "мгновенной фотографии" - или духовному прародителю сегодняшнего вездесущего selfie. Его камера Polaroid была впервые выпущена в коммерческую продажу в 1948 году в розничных магазинах и по ценам, ориентированным на послевоенный средний класс. Но это лишь один из множества технологических прорывов, изобретенных и коммерциализированных Лэндом, большинство из которых было посвящено свету и его взаимодействию с материалами. Технология, используемая для показа 3D-фильмов, и очки, которые мы надеваем в кинотеатре, стали возможны благодаря Лэнду и его коллегам. Камера на борту самолета-шпиона U-2, показанная в фильме "Мост шпионов", была продуктом Лэнда, как и даже некоторые аспекты механики самолета. Он также работал над теоретическими проблемами, опираясь на глубокое понимание как химии, так и физики.
Я - ученый в области зрения, который прикоснулся ко многим из тех областей, в которых Лэнд добился больших успехов, благодаря своей работе над новыми методами визуализации, методами обработки изображений и цветовым зрением человека. Как лауреат медали Эдвина Х. Лэнда 2018 года, присуждаемой Оптическим обществом Америки и Обществом науки и технологии обработки изображений, моя работа опирается на технологические инновации Лэнда, которые сделали возможной современную обработку изображений.
Управление свойствами света
Первый прорыв в оптике Эдвин Ленд совершил еще в юности, когда придумал удобный и доступный метод управления одним из фундаментальных свойств света - поляризацией.
Свет можно представить как волны, распространяющиеся от источника. Большинство источников света производят смесь волн с различными физическими свойствами, такими как длина волны и амплитуда колебаний. Свет считается поляризованным, если амплитуда изменяется последовательным образом перпендикулярно направлению движения волны.
При наличии подходящего материала, через который проходят световые волны, они могут быть повернуты в другую плоскость, замедлены или заблокированы. Современные 3D-очки работают потому, что один глаз принимает световые волны, вибрирующие вдоль горизонтальной плоскости, а другой глаз принимает свет, вибрирующий вдоль вертикальной плоскости.
До Лэнда исследователи создавали компоненты для управления поляризацией из горных кристаллов, которым присваивали почти магические названия и свойства, хотя они просто уменьшали скорость или амплитуду световых волн, идущих в определенных направлениях. Лэнд создал "поляризаторы", выращивая небольшие кристаллы и встраивая их в пластиковые листы, изменяя проходящий свет в зависимости от его ориентации по отношению к рядам кристаллов. Его недорогой поляризатор позволил надежно и практически эффективно фильтровать свет так, чтобы через него проходили только волны с определенной ориентацией.
В 1937 году Лэнд основал корпорацию Polaroid для коммерциализации своей новой технологии. Его листовые поляризаторы нашли широкое применение - от идентификации химических соединений до регулируемых солнцезащитных очков. Поляризационные фильтры стали стандартом в фотографии для уменьшения бликов. Сегодня принципы поляризованного света используются в большинстве экранов компьютеров и мобильных телефонов для повышения контрастности, уменьшения бликов и даже включения или выключения отдельных пикселей.
Поляризационные фильтры помогают исследователям визуализировать структуры, которые иначе невозможно было бы увидеть - от астрономических объектов до биологических структур. В моей собственной области науки о зрении поляризационная визуализация локализует классы химических веществ, например, белковые молекулы, вытекающие из кровеносных сосудов в больных глазах. Поляризация также сочетается с методами визуализации высокого разрешения для обнаружения клеточных повреждений под отражающей поверхностью сетчатки.
Новый способ получения данных
До появления высокоскоростного цифрового захвата данных и доступных дисплеев высокого разрешения или использования видеопленки, полароидная фотография была предпочтительным методом получения результатов во многих научных лабораториях. Эксперименты или медицинские тесты требовали графического или живописного вывода для интерпретации, часто с помощью аналогового осциллографа, который строил график изменения напряжения или тока во времени. Осциллограф был достаточно быстрым, чтобы зафиксировать ключевые характеристики данных, но запись результатов для последующего анализа была сложной задачей до появления мгновенной камеры Land's.
Распространенным примером в науке о зрении является запись движений глаз. В исследовании, проведенном в 1960 году, свет, отраженный от движущегося глаза наблюдателя, отображался на экране осциллографа, который фотографировался с помощью установленной камеры Polaroid - совсем не похоже на потребительскую камеру Polaroid, которую семья может достать на дне рождения. На протяжении десятилетий исследовательские лаборатории и медицинские учреждения использовали установки, состоящие из камеры Polaroid и монтажного приспособления для сбора электрических сигналов, отображаемых на экранах осциллографов. Размеры форматов не столь ослепительны по сравнению с современными цифровыми разрешениями, но в то время они были революционными.
В 1987 году, когда я основал новую лабораторию по визуализации сетчатки, не было недорогого способа предоставить доступ к нашим новым изображениям. После нескольких лет борьбы за получение высококачественных снимков для конференций и публикаций, корпорация Polaroid пришла нам на помощь, подарив принтер, что позволило нашим научным разработкам выйти за пределы нашей лаборатории.
Глаза - не камеры
Вклад Лэнда не ограничивается патентованием более 500 инноваций и изобретением продуктов, которые покупают миллионы. Его понимание взаимодействия света и материи способствовало появлению новых способов определения характеристик химических веществ с помощью поляризованного света. Он также дал понимание работы зрительной системы человека, которая, казалось, не поддается законам физики, придумав то, что он назвал теорией цветового зрения Retinex, чтобы объяснить, как люди воспринимают широкий диапазон цветов без присутствия в комнате ожидаемых длин волн.
Несмотря на его гениальность, корпорация Polaroid Лэнда в конечном итоге переживала тяжелые времена в течение десятилетий после его смерти в 1991 году. Вкладывая значительные средства в продажи пленки, Polaroid оказалась не готова к тому, что все уровни рынка обработки изображений перешли на цифровые технологии, и все, от бытовых фотографов до высококлассных медицинских и оптических компаний, отказались от пленки и обработки.
Но вместо того, чтобы утонуть вместе с рынком пленок, Polaroid заново изобрел себя, выпустив новые продукты, которые могли бы помочь выйти в новый мир цифровых изображений. И в случае, когда история повторяется, Polaroid и другие производители моментальных фотоаппаратов пользуются новой популярностью у молодого поколения, которое не знакомилось с оригинальными версиями. Подобно маленькой Дженнифер Лэнд, многие люди сегодня все еще хотят получить осязаемую версию своих фотографий прямо сейчас.