Это, вероятно, происходит каждую минуту дня: маленькая девочка требует посмотреть фотографию, которую ее родитель только что сделал. Сегодня, благодаря смартфонам и другим цифровым камерам, мы можем сразу увидеть снимки, хотим мы этого или нет. Но в 1944 году, когда 3-летняя Дженнифер Лэнд попросила посмотреть фотографию семейного отдыха, которую только что сделал ее отец, технологии не существовало. Так ее отец, Эдвин Лэнд, изобрел это.
Оригинальная камера Polaroid избавила пользователей от необходимости ходить в темную комнату для разработки своих изображений. (Линдсей Мо / Unsplash, CC BY) Три года спустя, после множества научных разработок, Лэнд и его корпорация Polaroid осознали чудо почти мгновенной визуализации. Оборудование для экспонирования и обработки пленки находится внутри камеры; для фотографа нет суеты и суеты, который просто указывает и снимает, а затем наблюдает, как изображение материализуется на фотографии, как только она выпадает из камеры.
Земля, вероятно, наиболее известна благодаря «мгновенному фото» - или духовному прародителю сегодняшнего вездесущего селфи. Его камера Polaroid была впервые выпущена в продажу в 1948 году в розничных магазинах и по ценам, предназначенным для послевоенного среднего класса. Но это всего лишь один из множества технологических прорывов, которые Земля изобрела и коммерциализировала, большинство из которых было сосредоточено вокруг света и его взаимодействия с материалами. Технология, используемая для показа 3D-фильмов, и очки, которые мы носим в театре, стали возможными благодаря Лэнду и его коллегам. Камера на борту самолета-шпиона U-2, показанная в фильме « Мост шпионов», была продуктом «Земли», как и некоторые аспекты механики самолета. Он также работал над теоретическими проблемами, опираясь на глубокое понимание химии и физики.
Я ученый, работающий в области зрения, который коснулся многих областей, в которых Лэнд добился больших успехов, благодаря моей собственной работе над новыми методами получения изображений, методами обработки изображений и человеческим цветовым зрением. Будучи лауреатом премии «Эдвин Х. Лэнд» в 2018 году, награжденной Оптическим обществом Америки и Обществом науки и технологий обработки изображений, моя собственная работа опирается на технологические инновации Лэнда, которые сделали возможным создание современных изображений.
Управление свойствами света
Первый прорыв в области оптики Эдвина Лэнда произошел в молодости, когда он придумал удобный и доступный метод управления одним из фундаментальных свойств света: поляризацией.
Вы можете думать о свете как о волнах, распространяющихся от источника. Большинство источников света производят смесь волн со всеми различными физическими свойствами, такими как длина волны и амплитуда колебаний. Свет считается поляризованным, если амплитуда изменяется последовательно, перпендикулярно направлению движения волны.
Поляризационный фильтр может блокировать все световые волны, которые не соответствуют его ориентации. (Фуад А. Саад / Shutterstock.com) Учитывая, что материал для прохождения световых волн необходим, световые волны могут вращаться в другой плоскости, замедляться или блокироваться. Современные 3D-очки работают, потому что один глаз получает световые волны, вибрирующие вдоль горизонтальной плоскости, в то время как другой глаз получает свет, вибрирующий вдоль вертикальной плоскости.
До Земли исследователи создавали компоненты для контроля поляризации из горных кристаллов, которым были присвоены почти волшебные имена и свойства, хотя они просто уменьшали скорость или амплитуду световых волн, распространяющихся в определенных ориентациях. Земля создала «поляризаторы», выращивая маленькие кристаллы и встраивая их в пластиковые листы, изменяя проходящий свет в зависимости от его ориентации относительно рядов кристаллов. Его недорогой поляризатор позволял надежно и практически фильтровать свет так, чтобы проходили только волны определенной ориентации.
Лэнд основал корпорацию Polaroid в 1937 году для коммерциализации своей новой технологии. Его листовые поляризаторы нашли применение в диапазоне от идентификации химических соединений до регулируемых солнцезащитных очков. Поляризационные фильтры стали стандартными в фотографии, чтобы уменьшить блики. Сегодня принципы поляризованного света используются на 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 нельзя увидеть - от астрономических особенностей до биологических структур. В моей области науки о зрении поляризационная визуализация локализует классы химических веществ, таких как белковые молекулы, просачивающиеся из кровеносных сосудов в больные глаза. Поляризация также сочетается с методами визуализации высокого разрешения для обнаружения повреждения клеток под отражающей поверхностью сетчатки.
Новый способ получить данные
До дней высокоскоростного цифрового захвата данных и доступных дисплеев с высоким разрешением или использования видеозаписи, фотография Polaroid была методом выбора для получения результатов во многих научных лабораториях. Эксперименты или медицинские тесты требовали графического или графического вывода для интерпретации, часто с аналогового осциллографа, который отображал изменение напряжения или тока во времени. Осциллограф был достаточно быстрым, чтобы уловить ключевые характеристики данных, но записать результаты для последующего анализа было проблемой, прежде чем появилась мгновенная камера Лэнда.
Распространенным примером в науке о зрении является регистрация движений глаз. Исследование, проведенное в 1960 году, показало, что свет отражается от движущегося глаза наблюдателя на экране осциллографа, который был сфотографирован с помощью установленной камеры Polaroid - мало чем отличающийся от потребительской камеры Polaroid, которую семья могла бы снять на вечеринке по случаю дня рождения. В течение десятилетий исследовательские лаборатории и медицинские учреждения использовали установки, состоящие из камеры Polaroid и монтажной установки, для сбора электрических сигналов, отображаемых на экранах осциллографа. Размеры форматов не так велики, как современные цифровые разрешения, но в то время они были революционными.
Изобретения Лэнда привели к широкому использованию поляризованного света для характеристики тканей и объектов, как на этом псевдо-цветном изображении сетчатки больного диабетом, которая маскирует нерегулярные структуры, вызванные отеком. (Энн Элснер, CC BY-ND) В 1987 году, когда была основана моя новая лаборатория визуализации сетчатки глаза, не было недорогого метода, который бы позволил нам совместно использовать наши новые изображения. После нескольких лет борьбы за получение высококачественной продукции для конференций и публикаций корпорация Polaroid пришла нам на помощь, пожертвовав принтером, который позволил нашему научному вкладу достичь аудитории за пределами нашей лаборатории.
Глаза не камеры
Вклад Land выходит за рамки патентования более 500 инноваций и изобретения продуктов, которые приобрели миллионы. Его понимание взаимодействия света и вещества способствовало появлению новых способов характеризации химических веществ поляризованным светом. И он дал представление о работе человеческой зрительной системы, которая, казалось, бросала вызов законам физики, придумав то, что он назвал теорией цветового зрения Retinex, чтобы объяснить, как люди воспринимают широкий диапазон цветов без присутствия ожидаемых длин волн. в комнате.
Быстрые распечатки могут быть разделены и отображены. (Хиллари Хартли, CC BY-SA) Несмотря на его великолепие, в конце десятилетия после его смерти в 1991 году корпорация Land Polaroid Corporation переживала тяжелые времена. Сильно инвестировав в свои продажи фильмов, Polaroid не был подготовлен, поскольку все уровни рынка изображений стали цифровыми, причем все - от потребительских фотографов до конец медицинских и оптических сканеров отказаться от пленки и обработки.
Но вместо того, чтобы потонуть на рынке кинопродукции, Polaroid заново изобрел себя с новыми продуктами, которые могли бы помочь создать новый мир цифровых изображений. И в случае повторения истории, Polaroid и другие производители моментальных камер вновь обретают популярность среди молодых поколений, которые не имели доступа к оригинальным версиям. Как и маленькая Дженнифер Лэнд, многие люди до сих пор хотят осязаемой версии своих картин, прямо сейчас.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Энн Эльснер, профессор оптометрии, Университет Индианы
