Pravděpodobně se to stává každou minutu dne: Malá holčička požaduje, aby viděla fotografii, kterou z ní právě pořídil její rodič. Dnes díky chytrým telefonům a jiným digitálním fotoaparátům můžeme okamžitě vidět snímky, ať už chceme, nebo ne. Ale v roce 1944, když 3letá Jennifer Land požádala o fotku rodinné dovolené, kterou její otec právě pořídil, tato technologie neexistovala. Její otec, Edwin Land, to vymyslel.
Původní kamera Polaroid osvobodila uživatele od nutnosti cestovat do temné komory, aby mohli rozvíjet své obrazy. (Lindsay Moe / Unsplash, CC BY) O tři roky později si Land a jeho Polaroid Corporation po mnoha vědeckém vývoji uvědomili zázrak téměř okamžitého zobrazování. Hardware pro expozici filmu a zpracování je obsažen ve fotoaparátu; pro fotografa, který právě zaměřuje a střílí, nejsou žádné mušle ani rozruch a jakmile se cívka vyjede z kamery, sleduje se, jak se na fotografii zhmotňuje.
Země je pravděpodobně nejlépe známá pro „okamžitou fotografii“ - nebo duchovního předka dnešního všudypřítomného selfie. Jeho fotoaparát Polaroid byl poprvé uveden na trh v roce 1948 na maloobchodních místech a v cenách zaměřených na poválečnou střední třídu. Ale to je jen jeden z mnoha technologických průlomů, které Země vymyslela a komercializovala, z nichž většina se soustředila kolem světla a jak interaguje s materiály. Technologie použitá k zobrazení 3D filmu a brýle, které nosíme v divadle, umožnil Land a jeho kolegové. Kamera na palubě špionážního letadla U-2, jak bylo uvedeno ve filmu Most špionů, byl produktem Země, stejně jako některé aspekty mechaniky letadla. Pracoval také na teoretických problémech a čerpal z hlubokého porozumění jak chemii, tak fyzice.
Jsem vědec vize, který se dotkl mnoha oblastí, ve kterých Země udělala velký pokrok, prostřednictvím mé vlastní práce na nových zobrazovacích metodách, technikách zpracování obrazu a lidském barevném vidění. Jako držitelka medaile za rok 2018 Edwin H. Land Medal udělené Optickou společností Ameriky a Společnosti pro zobrazovací vědu a technologii se moje vlastní práce spoléhá na technologické inovace Land, které umožnily moderní zobrazování.
Ovládání vlastností světla
První průlom v optice Edwin Land přišel jako mladý muž, když vymyslel pohodlnou a dostupnou metodu ovládání jedné ze základních vlastností světla: polarizace.
Světlo lze považovat za vlny šířící se ze zdroje. Většina světelných zdrojů vytváří směs vln se všemi různými fyzikálními vlastnostmi, jako je vlnová délka a amplituda vibrací. Světlo je považováno za polarizované, pokud se amplituda mění konzistentně kolmo ke směru vlny.
Polarizační filtr může blokovat všechny světelné vlny, které neodpovídají jeho orientaci. (Fouad A. Saad / Shutterstock.com) Vzhledem k tomu, že světelné vlny projdou správným materiálem, mohou se světelné vlny otáčet do jiné roviny, zpomalit nebo blokovat. Moderní 3D brýle fungují, protože jedno oko přijímá světelné vlny kmitající podél horizontální roviny, zatímco druhé oko přijímá světlo kmitající podél vertikální roviny.
Před zemí postavili vědci komponenty pro kontrolu polarizace z krystalů hornin, kterým byly přiděleny téměř magická jména a vlastnosti, ačkoliv pouze snížili rychlost nebo amplitudu světelných vln cestujících ve specifických orientacích. Země vytvořila „polarizátory“ pěstováním malých krystalů a jejich vložením do plastových fólií, které mění světlo procházející v závislosti na jeho orientaci ve vztahu k řadám krystalů. Jeho levný polarizátor umožnil spolehlivě a prakticky filtrovat světlo, takže by procházely pouze vlnové délky se zvláštní orientací.
Land založil Polaroid korporaci v roce 1937 komercializovat jeho novou technologii. Jeho polarizační fólie našla aplikace od identifikace chemických sloučenin po nastavitelné sluneční brýle. Polarizační filtry se ve fotografii staly standardem pro snížení oslnění. Dnes se principy polarizovaného světla používají na většině obrazovek počítačů a mobilních telefonů pro zvýšení kontrastu, snížení oslnění a dokonce i zapnutí nebo vypnutí jednotlivých pixelů.
Polarizační filtry pomáhají vědcům vizualizovat struktury, které by jinak nebyly vidět - od astronomických prvků až po biologické struktury. V mém vlastním oboru vědy o zrakovém zobrazování polarizace lokalizuje třídy chemických látek, jako jsou molekuly bílkovin vytékající z krevních cév v nemocných očích. Polarizace je také kombinována s zobrazovacími technikami s vysokým rozlišením pro detekci poškození buněk pod reflexním povrchem sítnice.
Nový způsob, jak získat data
Před dny vysokorychlostního digitálního snímání dat a cenově dostupných displejů s vysokým rozlišením nebo používání videokazety byla fotografie Polaroid metodou výběru k získání výstupu v mnoha vědeckých laboratořích. Experimenty nebo lékařské testy vyžadovaly grafický nebo obrazový výstup pro interpretaci, často z analogového osciloskopu, který v průběhu času zaznamenal změnu napětí nebo proudu. Osciloskop byl dostatečně rychlý na to, aby zachytil klíčové vlastnosti dat - ale záznam výstupu pro pozdější analýzu byl výzvou, než přišla Landova instantní kamera.
Běžným příkladem ve vizuální vědě je zaznamenávání pohybů očí. Výzkumná studie hlášená v roce 1960 vynesla světlo odrazené od pohybujícího se pozorovatele na obrazovce osciloskopu, která byla fotografována pomocí připojené kamery Polaroid - na rozdíl od spotřebitele fotoaparátu Polaroid by se rodina mohla na narozeninovou oslavu vytáhnout. Po celá desetiletí výzkumné laboratoře a zdravotnická zařízení používají sestavy sestávající z Polaroidovy kamery a montážního zařízení pro sběr elektrických signálů zobrazovaných na obrazovkách osciloskopu. Velikosti formátů jsou ve srovnání s moderními digitálními rozlišeními méně než oslnivé, ale v té době byly revoluční.
Landovy vynálezy vedly k rozsáhlému použití polarizovaného světla k charakterizaci tkání a objektů, jako v tomto pseudobarevném obrazu sítnice diabetického pacienta, který odmašťuje nepravidelné struktury způsobené otoky. (Ann Elsner, CC BY-ND) V roce 1987, se založením mé nové zobrazovací laboratoře sítnice, neexistovala žádná levná metoda, která by umožňovala ostrý výstup našich nových obrazů. Po několika letech boje o získání vysoce kvalitního výstupu pro konference a publikace, Polaroid Corporation přišla k naší záchraně s darováním tiskárny, což umožnilo našim vědeckým příspěvkům oslovit publikum mimo naši laboratoř.
Oči nejsou fotoaparáty
Příspěvky země přesahují patentování více než 500 inovací a vynalézání produktů, které miliony nakoupily. Jeho chápání interakce světla a hmoty podporovalo nové způsoby charakterizace chemikálií s polarizovaným světlem. A poskytl nahlédnutí do fungování lidského zrakového systému, který se zdál být v rozporu s fyzikálními zákony, přišel s tím, co nazval Retinexovou teorií barevného vidění, aby vysvětlil, jak lidé vnímají širokou škálu barev bez přítomnosti očekávaných vlnových délek v pokoji.
Rychlé výtisky lze sdílet a zobrazovat. (Hillary Hartley, CC BY-SA) Po jeho brilanci zemská Polaroid Corporation nakonec zasáhla těžké časy v desetiletích po jeho smrti v roce 1991. Polaroid nebyl investován do prodeje filmů a nebyl připraven, protože všechny úrovně zobrazovacího trhu byly digitální, s každým od spotřebitelských fotografů až po vysoké ukončení lékařských a optických obrazů opouštějících film a zpracování.
Polaroid se však místo toho, aby se potápěl na filmovém trhu, znovu objevil s novými produkty, které by mohly pomoci výstupu nového světa digitálních obrázků. A v případě opakování historie se Polaroid a další výrobci instalatérských kamer těší nové oblibě u mladších generací, které nebyly vystaveny původním verzím. Stejně jako malá země Jennifer, i dnes mnoho lidí stále chce konkrétní verzi svých obrázků.
Tento článek byl původně publikován v The Conversation.
Ann Elsner, profesor optometrie, Indiana University
