Der er en ny tilgang, der giver typiske kameraer 3D-funktioner

Et team af forskere ved Stanford University har i samarbejde mellem Laboratory for Integrated Nano-Quantum Systems (LINQS) og ArbabianLab udtænkt en måde at gøre det muligt at gøre det muligt for kameraer i fremtiden at se i 3D (især for at se lyset) i tre dimensioner). Projektet startede med, at holdet påpegede, at lysdetektions- og rækkeviddesystemer (LiDAR eller lidar) i disse dage er ubelejlige på grund af deres størrelse.

"Eksisterende lidar-systemer er store og omfangsrige, men en dag, hvis du vil have lidar-kapaciteter i millioner af autonome droner eller i lette robotkøretøjer, vil du have dem til at være meget små, meget energieffektive og tilbyde høj ydeevne." sagde Okan Atalar, den første forfatter på nyt papir i tidsskriftet Nature Communications og en doktorgradskandidat i elektroteknik ved Stanford.

Holdet skabte derefter en kompakt enhed, der tillader den at være mere energieffektiv (da lidar kan forbruge for meget strøm på grund af størrelsen og antallet af komponenter, den bruger) og passer godt til integration i kameraer af dagligdags mobiltelefoner og digitale spejlreflekskameraer. Undersøgelsen bygger grundlæggende på fænomenet akustisk resonans. Det introducerer brugen af ​​en tynd wafer af lithiumniobat, som siges at være det perfekte materiale på grund af dets elektriske, akustiske og optiske egenskaber.

Lithiumniobatet er belagt med to transparente elektroder som en simpel akustisk modulator. Teknisk set, når elektricitet bruges gennem elektroderne på den nævnte akustiske modulator, vil vibration forekomme effektivt ved meget forudsigelige og kontrollerbare frekvenser. Lithiumniobaten vil derefter modulere lyset, mens et par tilføjede polarisatorer vil tænde og slukke lyset flere millioner gange i sekundet.

Denne proces er vigtig og en af ​​de kendte tilgange til at tilføje 3D-billeddannelse til standardsensorer. Ligesom i lidar vil processen effektivt hjælpe med at måle variationerne i lyset og beregne afstand. Og som sagt kan eksisterende modulatorer, der findes i andre systemer, have et højt energiforbrug, hvilket er upraktisk. Men med den tilgang, forskerne har vist, er der mulighed for at introducere 3D-billeder i små kameraer som dem, der er placeret på telefoner og droner. Ifølge forskerne kan det blive grundlaget for "standard CMOS lidar" i fremtiden. (CMOS-billedsensorer bruges næsten universelt i smartphones).

"Hvad mere er, geometrien af ​​waferne og elektroderne definerer frekvensen af ​​lysmodulation, så vi kan finjustere frekvensen," tilføjede Atalar. "Skift geometrien, og du ændrer moduleringsfrekvensen ... Selvom der er andre måder at tænde og slukke lyset på," siger Atalar, "er denne akustiske tilgang at foretrække, fordi den er ekstremt energieffektiv."

Forskerne prøvede teknologien ved at bygge en prototype af lidar-system på en laboratoriebænk ved at bruge et kommercielt tilgængeligt digitalkamera som receptor. Ifølge holdets rapporter var det nye system i stand til at producere dybdekort i megapixel-opløsning. Derudover sagde de, at den optiske modulator skabt af holdet utroligt nok kun brugte en lille mængde strøm, og at den endda blev reduceret 10 gange lavere end det, der blev præsenteret i papiret. 

Med det, hvis teknologien får den støtte, den har brug for, kan den åbne nye muligheder for smartphone marked og meget mere. Det kan også revolutionere, hvordan vi bruger alle enheder med kameraer, inklusive standard professionelle kameraer, droner, tablets, laptops, og mere. Det kan betyde yderligere funktioner og muligheder for dem, der kan hjælpe os på forskellige måder, som f.eks. at få flere detaljer i billeder taget. Gennem megapixel-opløsning lidar siger forskerne også, at det vil være nemmere for systemet at identificere mål effektivt på en mere fremragende rækkevidde. For eksempel, når det bruges til autonome biler, kan det forbedrede lidar-system skelne fodgængere fra cyklister på betydelige afstande, hvilket resulterer i et bedre system til at forhindre ulykker.