18 мая 2018 года, обновлен 10 февраля 2022 года.
Такое случается, наверное, каждую минуту: Маленькая девочка требует показать ей фотографию, которую только что сделал ее родитель. Сегодня, благодаря смартфонам и другим цифровым камерам, мы можем видеть снимки немедленно, 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, принялся за работу по ее изобретению.
Три года спустя, после долгих научных разработок, Лэнд и его компания Polaroid Corp. воплотили в жизнь чудо практически мгновенного получения снимков. Аппаратура для экспонирования и обработки пленки находится внутри камеры; фотографу не нужно ни суетиться, ни возиться, он просто наводит прицел и снимает, а затем наблюдает, как изображение материализуется на фотографии после того, как она выматывается из камеры. Впервые Лэнд публично продемонстрировал свою новую технологию 21 февраля 1947 года на заседании Оптического общества Америки.
Лэнд, вероятно, наиболее известен благодаря «мгновенному фото» — 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, которые Лэнд изобрел и коммерциализировал, большинство из которых были связаны со светом и его взаимодействием 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 некоторые аспекты механики самолета. Он также работал над теоретическими проблемами, опираясь на глубокое понимание как химии, так и физики.
Я — ученый-визуалист, который прикоснулся ко многим областям, в которых Лэнд добился больших успехов, благодаря своей работе над новыми методами получения изображений, технологиями 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, я в своей работе опираюсь на технологические инновации Лэнда, которые сделали возможной современную визуализацию.
Управление свойствами света
Эдвин Ленд совершил свой первый прорыв в оптике еще в юности, когда придумал удобный и доступный метод управления одним из фундаментальных свойств света — поляризацией.
Вы можете представить себе свет 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 согласованно 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 в горизонтальной плоскости, а другой — в вертикальной.
До Лэнда исследователи создавали компоненты для управления поляризацией из горных кристаллов, которым присваивали почти магические названия и свойства, хотя они всего лишь уменьшали скорость или амплитуду световых волн, идущих в определенной ориентации. 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 практично фильтровать свет так, чтобы через него проходили только волны определенной ориентации.
В 1937 году Лэнд основал компанию Polaroid Corp. 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 невозможно увидеть иначе — от астрономических объектов до биологических структур. В моей собственной области науки о зрении поляризационная визуализация позволяет локализовать классы химических веществ, таких как белковые молекулы, просачивающиеся 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, а также использования видеокассет, во многих научных лабораториях для получения результатов использовалась полароидная фотография. Эксперименты или медицинские тесты требовали графического или живописного вывода для интерпретации, часто с помощью аналогового осциллографа, который строил график изменения напряжения или тока с течением времени. Осциллограф был достаточно быстрым, чтобы фиксировать 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 одном из исследований, опубликованном в 1960 году, свет, отраженный от движущегося глаза наблюдателя, отображался на экране осциллографа, который фотографировался установленной на нем камерой Polaroid — совсем не похоже на потребительскую камеру Polaroid, которую семья может достать на вечеринке по случаю дня рождения. На протяжении десятилетий в исследовательских лабораториях и медицинских учреждениях использовались установки, состоящие из камеры Polaroid и монтажного приспособления для сбора электрических сигналов, отображаемых на экранах осциллографов. По сравнению с современными цифровыми разрешениями размеры форматов не столь ослепительны, но в то время они были революционными.
В 1987 году, когда я основал новую лабораторию по визуализации сетчатки, не существовало недорогого метода, позволяющего получить доступ к нашим новым изображениям. После нескольких лет борьбы за получение высококачественных результатов для конференций и публикаций компания Polaroid Corp. пришла к нам на помощь, подарив принтер, что позволило нашим научным разработкам выйти за пределы нашей лаборатории.
Глаза — не фотоаппарат
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 представление о работе зрительной системы человека, которая, казалось, не поддается законам физики, придумав теорию цветового зрения, которую он назвал Retinex, чтобы объяснить, как люди воспринимают широкий диапазон цветов без наличия в комнате волн ожидаемой длины.
Несмотря на всю свою гениальность, компания Лэнда Polaroid Corp. в конечном итоге переживала тяжелые времена в течение десятилетий после его смерти в 1991 году. Вложив значительные средства в продажи пленки, компания Polaroid оказалась не готова к тому, что все уровни рынка 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 заглохнуть на рынке фотопленки, Polaroid заново изобрел новые продукты, которые могли бы помочь выйти в новый мир цифровых изображений. И вот история повторяется: Polaroid и другие производители моментальных фотоаппаратов пользуются новой популярностью у молодого поколения, которое не знало оригинальных версий. Как и маленькая Дженнифер Лэнд, многие люди сегодня все еще хотят получить материальную версию своих фотографий прямо сейчас.
Это обновленная версия статьи, первоначально опубликованной 18 мая 2018 года. В ней исправлен год, когда Дженнифер Лэнд вдохновило изобретение ее отца.
Автор — Энн Элснер, профессор оптометрии, Университет Индианы.
