Det skjer sannsynligvis hvert minutt på dagen: En liten jente krever å se bildet hennes foreldre nettopp har tatt av henne. I dag, takket være smarttelefoner og andre digitale kameraer, kan vi se øyeblikksbilder om vi vil eller ikke. Men i 1944 da 3 år gamle Jennifer Land ba om å se familieferiebildet som faren hennes nettopp hadde tatt, eksisterte ikke teknologien. Så faren hennes, Edwin Land, oppfant det.
Det originale Polaroid-kameraet frigjorde brukere fra å trenge til et mørkerom for å utvikle bildene sine. (Lindsay Moe / Unsplash, CC BY) Tre år senere, etter rikelig med vitenskapelig utvikling, innså Land og hans Polaroid Corporation miraklet med nesten øyeblikkelig avbildning. Filmeksponering og prosesseringsmaskinvare er inne i kameraet; det er ingen mus eller oppstyr for fotografen som bare peker og skyter og deretter ser på bildet materialiseres på bildet når det triller ut av kameraet.
Land er sannsynligvis mest kjent for "øyeblikkelig foto" - eller den åndelige forfader til dagens allestedsnærværende selfie. Polaroid-kameraet hans ble først utgitt kommersielt i 1948 på utsalgssteder og priser rettet mot etterkrigstidens middelklasse. Men dette er bare ett av en rekke teknologiske gjennombrudd Land oppfant og kommersialiserte, de fleste sentrert rundt lys og hvordan det samhandler med materialer. Teknologien som ble brukt for å vise en 3D-film og vernebrillene vi bruker i teateret, ble gjort mulig av Land og kollegene. Kameraet ombord på U-2-spionflyet, som omtalt i filmen Bridge of Spies, var et Land-produkt, og til og med noen aspekter av flyets mekanikk. Han arbeidet også med teoretiske problemer, og tegnet en dyp forståelse av både kjemi og fysikk.
Jeg er en visjonsforsker som har berørt mange av feltene der Land gjorde store fremskritt, gjennom mitt eget arbeid med nye avbildningsmetoder, bildebehandlingsteknikker og menneskelig fargesyn. Som mottaker av Edwin H. Land-medaljen i 2018, tildelt av Optical Society of America og Society for Imaging Science and Technology, er mitt eget arbeid avhengig av Lands teknologiske nyvinninger som muliggjorde moderne avbildning.
Kontrollere lysets egenskaper
Edwin Lands første gjennombrudd av optikk kom som en ung mann, da han fant ut en praktisk og rimelig metode for å kontrollere en av de grunnleggende egenskapene til lys: polarisering.
Du kan tenke på lys som bølger som forplanter seg fra en kilde. De fleste lyskilder produserer en blanding av bølger med alle forskjellige fysiske egenskaper, for eksempel bølgelengde og vibrasjonsamplitude. Lys anses som polarisert hvis amplituden varierer på en konsistent måte vinkelrett på retningen bølgen beveger seg.
Et polariserende filter kan blokkere alle lysbølgene som ikke samsvarer med dens retning. (Fouad A. Saad / Shutterstock.com) Gitt riktig materiale for at lysbølgene skal passere, kan lysbølgene roteres inn i et annet plan, bremses ned eller blokkeres. Moderne 3D-briller fungerer fordi det ene øyet mottar lysbølger som vibrerer langs det horisontale planet, mens det andre øyet får lyset som vibrerer langs det vertikale planet.
Før Land bygde forskere komponenter for å kontrollere polarisering fra bergkrystaller, som fikk tildelt nesten magiske navn og egenskaper, selv om de bare reduserte hastigheten eller amplituden til lysbølger som beveget seg i bestemte orienteringer. Land skapte “polarisatorer” ved å dyrke små krystaller og legge dem inn i plastark, og endre lyset som passerer gjennom avhengig av orientering i forhold til rader med krystaller. Den billige polarisatoren hans gjorde det mulig å pålitelig og praktisk filtrere lys, slik at bare bølgelengder med en bestemt retning skulle passere.
Land grunnla Polaroid Corporation i 1937 for å kommersialisere sin nye teknologi. Arkpolarisatorene hans fant bruksområder fra identifisering av kjemiske forbindelser til justerbare solbriller. Polariserende filtre ble standard i fotografering for å redusere gjenskinn. I dag brukes prinsippene for polarisert lys i de fleste datamaskin- og mobiltelefonskjermbilder, for å forbedre kontrasten, redusere gjenskinn og til og med slå av eller på enkeltpiksler.
Polariserende filtre hjelper forskere å visualisere strukturer som kanskje ikke blir sett annet - fra astronomiske trekk til biologiske strukturer. I mitt eget felt av synsvitenskap lokaliserer polarisasjonsavbildning bildeklasser av kjemikalier, for eksempel proteinmolekyler som lekker fra blodkar i syke øyne. Polarisering er også kombinert med avbildningsteknikker med høy oppløsning for å oppdage celleskader under den reflekterende retinaloverflaten.
En ny måte å få ut dataene på
Før dagene med høyhastighets digital innhenting av data og rimelige skjermer med høy oppløsning, eller bruk av videobånd, var Polaroid-fotografering metoden du valgte å få utdata i mange vitenskapelige laboratorier. Eksperimenter eller medisinske tester trengte grafisk eller billedlig utgang for tolkning, ofte fra et analogt oscilloskop som planla en spennings- eller strømendring over tid. Oscilloskopet var raskt nok til å fange opp viktige funksjoner i dataene - men å registrere utdataene for senere analyse var en utfordring før Lands øyeblikkelige kamera kom med.
Et vanlig eksempel i visjonsvitenskap er registrering av øyebevegelser. En forskningsstudie rapportert i 1960 tegnet lys reflektert fra en observatørs bevegelige øye på et oscilloskopskjermbilde, som ble fotografert med et montert Polaroidkamera - ikke ulikt forbrukerens Polaroidkamera en familie kan trekke ut på en bursdagsfest. I flere tiår har forskningslaboratorier og medisinske fasiliteter brukt oppsett bestående av et Polaroid-kamera og en monteringsrigg for å samle elektriske signaler som vises på oscilloskopskjermer. Formatstørrelsene er mindre enn blendende sammenlignet med moderne digitale oppløsninger, men de var revolusjonerende den gangen.
Lands oppfinnelser førte til utbredt bruk av polarisert lys for å karakterisere vev og gjenstander, som i dette pseudofarge bildet av en diabetisk pasients netthinne som unmasks uregelmessige strukturer forårsaket av ødem. (Ann Elsner, CC BY-ND) I 1987, med grunnleggelsen av mitt nye laboratorie for netthinnebehandling, var det ingen rimelig metode for å gi delbar utdata av våre nye bilder. Etter noen år med å ha kjempet for å skaffe høykvalitetsproduksjon for konferanser og publikasjoner, kom Polaroid Corporation til vår redning, med donasjon av en skriver, slik at våre vitenskapelige bidrag kunne nå et publikum utenfor vårt laboratorium.
Øyne er ikke kameraer
Lands bidrag går utover patentering av over 500 innovasjoner og oppfinner produkter som millioner kjøpte. Hans forståelse av samspillet mellom lys og materie fremmet nye måter å karakterisere kjemikalier med polarisert lys. Og han ga innsikt i virkningen av det menneskelige visuelle systemet som så ut til å trosse fysikkens lover, og kom med det han kalte Retinex-teorien om fargesyn for å forklare hvordan folk oppfatter et bredt spekter av farger uten at de forventede bølgelengdene var til stede i rommet.
Raske utskrifter kan deles og vises. (Hillary Hartley, CC BY-SA) Til tross for sin glans, slo Land's Polaroid Corporation til slutt harde tider i tiårene etter hans død i 1991. Polaroid, som var sterkt investert i filmsalget, var ikke forberedt på at alle lagene i billedmarkedet ble digitale, med alle fra forbruksfotografer til høye avslutte medisinske og optiske bilder som forlater film og prosessering.
Men heller enn å synke med filmmarkedet, oppfant Polaroid seg selv med nye produkter som kan bidra til å gi den nye verdenen av digitale bilder. Og i tilfelle historien gjentar seg, nyter Polaroid og andre produsenter av øyeblikkelig kameraer en fornyet popularitet hos yngre generasjoner som ikke hadde eksponering for de originale versjonene. Akkurat som lille Jennifer Land, er det mange mennesker i dag som fortsatt vil ha en håndgripelig versjon av bildene sine, akkurat nå.
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation.
Ann Elsner, professor i optometri, Indiana University
