Es passiert wahrscheinlich jede Minute des Tages: Ein kleines Mädchen verlangt, das Foto zu sehen, das ihre Eltern gerade von ihr gemacht haben. Heute können wir dank Smartphones und anderer Digitalkameras Schnappschüsse sofort sehen, ob wir wollen oder nicht. Als die 3-jährige Jennifer Land 1944 darum bat, das Familienurlaubsfoto zu sehen, das ihr Vater gerade aufgenommen hatte, existierte die Technologie nicht. Ihr Vater, Edwin Land, hat es erfunden.
Die ursprüngliche Polaroid-Kamera befreit Benutzer von der Notwendigkeit, in eine Dunkelkammer zu wandern, um ihre Bilder zu entwickeln. (Lindsay Moe / Unsplash, CC BY) Drei Jahre später erkannten Land und seine Polaroid Corporation nach langer wissenschaftlicher Entwicklung das Wunder der beinahe sofortigen Bildgebung. Die Filmbelichtungs- und Verarbeitungshardware ist in der Kamera enthalten. Für den Fotografen, der nur zeigt und schießt und dann sieht, wie das Bild auf dem Foto materialisiert wird, sobald es aus der Kamera gespult wird, ist kein Problem mehr.
Land ist wahrscheinlich am bekanntesten für das „Sofortbild“ - oder den spirituellen Vorläufer des heutigen allgegenwärtigen Selfies. Seine Polaroid-Kamera wurde erstmals 1948 im Handel und zu Preisen für die Nachkriegsmittelklasse angeboten. Dies ist jedoch nur einer von vielen technologischen Durchbrüchen, die Land erfunden und kommerzialisiert hat. Die meisten drehten sich um Licht und wie es mit Materialien interagiert. Die Technologie, mit der ein 3D-Film gezeigt wurde, und die Schutzbrille, die wir im Theater tragen, wurden von Land und seinen Kollegen ermöglicht. Die Kamera an Bord des U-2-Spionageflugzeugs, wie sie im Film Bridge of Spies gezeigt wurde, war ein Produkt von Land, ebenso wie einige Aspekte der Flugzeugmechanik. Er arbeitete auch an theoretischen Problemen und stützte sich dabei auf ein tiefes Verständnis von Chemie und Physik.
Ich bin ein Vision-Wissenschaftler, der viele Bereiche, in denen Land große Fortschritte gemacht hat, durch meine eigene Arbeit an neuen Bildgebungsmethoden, Bildverarbeitungstechniken und menschlichem Farbsehen berührt hat. Als Empfänger der von der Optical Society of America und der Society for Imaging Science and Technology verliehenen Edwin-H.-Land-Medaille für das Jahr 2018 stützt sich meine eigene Arbeit auf Lands technologische Innovationen, die die moderne Bildgebung ermöglichten.
Die Eigenschaften des Lichts steuern
Edwin Lands erster Durchbruch in der Optik gelang als junger Mann, als er eine bequeme und erschwingliche Methode fand, um eine der grundlegenden Eigenschaften des Lichts zu steuern: die Polarisation.
Sie können sich Licht als Wellen vorstellen, die sich von einer Quelle ausbreiten. Die meisten Lichtquellen erzeugen eine Mischung von Wellen mit allen unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften wie Wellenlänge und Schwingungsamplitude. Licht wird als polarisiert betrachtet, wenn die Amplitude in gleichmäßiger Weise senkrecht zu der Richtung variiert, in der sich die Welle bewegt.
Ein Polarisationsfilter kann alle Lichtwellen blockieren, die nicht zu seiner Ausrichtung passen. (Fouad A. Saad / Shutterstock.com) Wenn das richtige Material für den Durchgang der Lichtwellen gegeben ist, können die Lichtwellen in eine andere Ebene gedreht, verlangsamt oder blockiert werden. Moderne 3D-Brillen funktionieren, weil ein Auge Lichtwellen empfängt, die entlang der horizontalen Ebene vibrieren, während das andere Auge das Licht empfängt, das entlang der vertikalen Ebene vibriert.
Vor Land bauten die Forscher Komponenten zur Steuerung der Polarisation aus Bergkristallen, denen fast magische Namen und Eigenschaften zugewiesen wurden, obwohl sie lediglich die Geschwindigkeit oder Amplitude von Lichtwellen verringerten, die sich in bestimmten Orientierungen ausbreiteten. Land schuf „Polarisatoren“, indem es kleine Kristalle züchtete und diese in Plastikfolien einbettete. Dabei veränderte sich das durchgelassene Licht in Abhängigkeit von seiner Ausrichtung in Bezug auf die Kristallreihen. Sein kostengünstiger Polarisator ermöglichte es, Licht zuverlässig und praktisch zu filtern, so dass nur Wellenlängen mit einer bestimmten Ausrichtung durchgelassen würden.
Land gründete 1937 die Polaroid Corporation, um seine neue Technologie zu vermarkten. Seine Blattpolarisatoren fanden Anwendungen, die von der Identifizierung chemischer Verbindungen bis zu einstellbaren Sonnenbrillen reichten. Polarisationsfilter wurden zum Standard in der Fotografie, um die Blendung zu reduzieren. Heutzutage werden die Prinzipien des polarisierten Lichts in den meisten Computer- und Handy-Bildschirmen verwendet, um den Kontrast zu verbessern, die Blendung zu verringern und sogar einzelne Pixel ein- oder auszuschalten.
Polarisationsfilter helfen Forschern dabei, Strukturen zu visualisieren, die sonst möglicherweise nicht zu sehen sind - von astronomischen Merkmalen bis hin zu biologischen Strukturen. In meinem eigenen Fachgebiet lokalisiert die Polarisationsbildgebung Klassen von Chemikalien, wie z. B. Proteinmoleküle, die aus Blutgefäßen in kranken Augen austreten. Die Polarisation wird auch mit hochauflösenden Bildgebungstechniken kombiniert, um Zellschäden unter der reflektierenden Netzhautoberfläche zu erkennen.
Ein neuer Weg, um die Daten herauszubekommen
Vor der digitalen Erfassung von Daten mit hoher Geschwindigkeit und erschwinglichen hochauflösenden Displays oder der Verwendung von Videobändern war die Polaroid-Fotografie die Methode der Wahl, um in vielen wissenschaftlichen Labors Ergebnisse zu erzielen. Experimente oder medizinische Tests erforderten eine grafische oder bildliche Ausgabe zur Interpretation, häufig von einem analogen Oszilloskop, das eine Spannungs- oder Stromänderung über die Zeit aufzeichnete. Das Oszilloskop war schnell genug, um die wichtigsten Merkmale der Daten zu erfassen. Die Aufzeichnung der Ausgabe für spätere Analysen war jedoch eine Herausforderung, bevor Lands Sofortbildkamera auf den Markt kam.
Ein bekanntes Beispiel in der Visionswissenschaft ist die Aufzeichnung von Augenbewegungen. In einer 1960 veröffentlichten Forschungsstudie wurde das von einem sich bewegenden Auge eines Beobachters reflektierte Licht auf einem Oszilloskopbildschirm aufgezeichnet, der mit einer montierten Polaroid-Kamera fotografiert wurde - ähnlich wie bei der Polaroid-Verbraucherkamera, die eine Familie möglicherweise bei einer Geburtstagsfeier herauszieht. In Forschungslabors und medizinischen Einrichtungen werden seit Jahrzehnten Aufbauten bestehend aus einer Polaroid-Kamera und einem Montage-Rig verwendet, um elektrische Signale zu sammeln, die auf Oszilloskopbildschirmen angezeigt werden. Die Formatgrößen sind im Vergleich zu modernen digitalen Auflösungen weniger als blendend, aber sie waren zu dieser Zeit revolutionär.
Lands Erfindungen führten zur weit verbreiteten Verwendung von polarisiertem Licht zur Charakterisierung von Geweben und Objekten, wie in diesem Pseudofarbbild der Netzhaut eines Diabetespatienten, das durch Ödeme verursachte unregelmäßige Strukturen entlarvt. (Ann Elsner, CC BY-ND) 1987, als ich mein neues Labor für Netzhautbildgebung gründete, gab es keine kostengünstige Methode, um unsere neuartigen Bilder mit einer gemeinsamen Ausgabe zu versehen. Nach einigen Jahren des Kampfes um eine qualitativ hochwertige Ausgabe für Konferenzen und Veröffentlichungen kam die Polaroid Corporation mit der Spende eines Druckers zu unserer Rettung, sodass unsere wissenschaftlichen Beiträge ein Publikum außerhalb unseres Labors erreichen konnten.
Augen sind keine Kameras
Die Beiträge von Land gehen über die Patentierung von über 500 Innovationen und die Erfindung von Produkten hinaus, die Millionen von Menschen gekauft haben. Sein Verständnis der Wechselwirkung von Licht und Materie förderte neue Wege, Chemikalien mit polarisiertem Licht zu charakterisieren. Und er gewährte Einblicke in die Funktionsweise des menschlichen visuellen Systems, das den Gesetzen der Physik zu trotzen schien, und entwickelte die so genannte Retinex-Theorie des Farbsehens, um zu erklären, wie Menschen eine breite Palette von Farben wahrnehmen, ohne dass die erwarteten Wellenlängen vorhanden sind im Raum.
Schnelldrucke können freigegeben und angezeigt werden. (Hillary Hartley, CC BY-SA) Trotz seiner Brillanz hatte Lands Polaroid Corporation in den Jahrzehnten nach seinem Tod im Jahr 1991 schwere Zeiten hinter sich. Polaroid, das stark in den Filmverkauf investiert war, war nicht darauf vorbereitet, da alle Schichten des Imaging-Marktes digitalisiert wurden, von Consumer-Fotografen bis zu High-End-Fotografen. Schluss mit medizinischen und optischen Bildgebern, die auf Film und Verarbeitung verzichten.
Aber anstatt mit dem Filmmarkt zu sinken, hat sich Polaroid mit neuen Produkten neu erfunden, die die Ausgabe der neuen Welt der digitalen Bilder unterstützen könnten. Und in einem Fall, in dem sich die Geschichte wiederholt, erfreuen sich Polaroid und andere Hersteller von Sofortbildkameras einer erneuten Beliebtheit bei jüngeren Generationen, denen die Originalversionen nicht bekannt waren. Genau wie die kleine Jennifer Land wollen auch heute noch viele Menschen eine greifbare Version ihrer Bilder.
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht.
Ann Elsner, Professorin für Optometrie, Indiana University
