Υπάρχει μια νέα προσέγγιση που δίνει στις τυπικές κάμερες δυνατότητες 3D

Μια ομάδα ερευνητών στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, με τη συνεργασία μεταξύ του Εργαστηρίου για Ολοκληρωμένα Νανο-Κβαντικά Συστήματα (LINQS) και του ArbabianLab, επινόησε έναν τρόπο για να επιτρέψει στις κάμερες στο μέλλον να βλέπουν σε 3D (ιδιαίτερα για να δουν το φως σε τρεις διαστάσεις). Το έργο ξεκίνησε με την ομάδα να επισημαίνει ότι τα συστήματα ανίχνευσης φωτός και εμβέλειας (LiDAR ή lidar) αυτές τις μέρες δεν είναι βολικά λόγω του μεγέθους τους.

«Τα υπάρχοντα συστήματα lidar είναι μεγάλα και ογκώδη, αλλά κάποια μέρα, αν θέλετε δυνατότητες lidar σε εκατομμύρια αυτόνομα drones ή σε ελαφριά ρομποτικά οχήματα, θα τα θέλετε να είναι πολύ μικρά, πολύ ενεργειακά αποδοτικά και να προσφέρουν υψηλή απόδοση». είπε ο Okan Atalar, ο πρώτος συγγραφέας στο νέο χαρτί στο περιοδικό Nature Communications και υποψήφιος διδάκτορας ηλεκτρολόγος μηχανικός στο Στάνφορντ.

Στη συνέχεια, η ομάδα δημιούργησε μια συμπαγή συσκευή, επιτρέποντάς της να είναι πιο ενεργειακά αποδοτική (καθώς το lidar μπορεί να καταναλώσει υπερβολική ισχύ λόγω του μεγέθους και του αριθμού των εξαρτημάτων που χρησιμοποιεί) και μια καλή εφαρμογή για ενσωμάτωση σε φωτογραφικές μηχανές καθημερινών κινητών τηλεφώνων και ψηφιακών SLR. Η μελέτη βασίζεται βασικά στο φαινόμενο του ακουστικού συντονισμού. Εισάγει τη χρήση μιας λεπτής γκοφρέτας νιοβικού λιθίου, που λέγεται ότι είναι το τέλειο υλικό λόγω των ηλεκτρικών, ακουστικών και οπτικών ιδιοτήτων του.

Το νιοβικό λίθιο είναι επικαλυμμένο με δύο διαφανή ηλεκτρόδια ως απλός ακουστικός διαμορφωτής. Τεχνικά, όταν χρησιμοποιείται ηλεκτρική ενέργεια μέσω των ηλεκτροδίων του εν λόγω ακουστικού διαμορφωτή, η δόνηση θα εμφανίζεται αποτελεσματικά σε πολύ προβλέψιμες και ελεγχόμενες συχνότητες. Το νιοβικό λίθιο θα ρυθμίσει στη συνέχεια το φως, ενώ μερικοί πολωτές που προστίθενται θα ανάβουν και θα σβήνουν το φως αρκετές εκατομμύρια φορές το δευτερόλεπτο.

Αυτή η διαδικασία είναι απαραίτητη και μια από τις γνωστές προσεγγίσεις για την προσθήκη τρισδιάστατης απεικόνισης σε τυπικούς αισθητήρες. Όπως και στο lidar, η διαδικασία θα βοηθήσει αποτελεσματικά στη μέτρηση των διακυμάνσεων στο φως και στον υπολογισμό της απόστασης. Και όπως αναφέρθηκε, οι υπάρχοντες διαμορφωτές που βρίσκονται σε άλλα συστήματα μπορεί να έχουν υψηλή κατανάλωση ενέργειας, κάτι που δεν είναι πρακτικό. Αλλά με την προσέγγιση που έδειξαν οι ερευνητές, υπάρχει η δυνατότητα εισαγωγής τρισδιάστατης απεικόνισης σε μικρές κάμερες όπως αυτές που βρίσκονται σε τηλέφωνα και drones. Σύμφωνα με τους ερευνητές, μπορεί να αποτελέσει το θεμέλιο του «τυποποιημένου CMOS lidar» στο μέλλον. (Οι αισθητήρες εικόνας CMOS χρησιμοποιούνται σχεδόν παγκοσμίως σε smartphone).

"Επιπλέον, η γεωμετρία των πλακιδίων και των ηλεκτροδίων καθορίζει τη συχνότητα της διαμόρφωσης φωτός, ώστε να μπορούμε να ρυθμίσουμε τη συχνότητα", πρόσθεσε ο Atalar. «Αλλάξτε τη γεωμετρία και αλλάζετε τη συχνότητα διαμόρφωσης… Αν και υπάρχουν άλλοι τρόποι για να ανάψετε και να σβήσετε το φως», λέει ο Atalar, «αυτή η ακουστική προσέγγιση είναι προτιμότερη επειδή είναι εξαιρετικά ενεργειακά αποδοτική».

Οι ερευνητές δοκίμασαν την τεχνολογία κατασκευάζοντας ένα πρωτότυπο σύστημα lidar σε έναν πάγκο εργαστηρίου χρησιμοποιώντας μια εμπορικά διαθέσιμη ψηφιακή κάμερα ως δέκτη. Σύμφωνα με τις αναφορές της ομάδας, το νέο σύστημα ήταν σε θέση να παράγει χάρτες βάθους ανάλυσης megapixel. Επιπλέον, είπαν ότι ο οπτικός διαμορφωτής που δημιούργησε η ομάδα κατανάλωνε απίστευτα μικρή ποσότητα ενέργειας και ότι μειώθηκε ακόμη και 10 φορές χαμηλότερα από ό,τι παρουσιάστηκε στο έγγραφο. 

Με αυτό, εάν η τεχνολογία λάβει την υποστήριξη που χρειάζεται, θα μπορούσε να ανοίξει νέες δυνατότητες για τους smartphone αγορά και τόσα άλλα. Μπορεί επίσης να φέρει επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούμε όλες τις συσκευές με κάμερες, συμπεριλαμβανομένων τυπικών επαγγελματικών καμερών, drones, tablet, φορητούς υπολογιστές, κι αλλα. Μπορεί να σημαίνει πρόσθετες λειτουργίες και δυνατότητες για αυτούς που μπορούν να μας βοηθήσουν με διάφορους τρόπους, όπως η λήψη περισσότερων λεπτομερειών στις εικόνες που τραβήχτηκαν. Μέσω του lidar ανάλυσης megapixel, οι ερευνητές λένε επίσης ότι θα είναι ευκολότερο για το σύστημα να εντοπίζει στόχους αποτελεσματικά σε μια πιο εξαιρετική εμβέλεια. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείται για αυτόνομα αυτοκίνητα, το βελτιωμένο σύστημα lidar μπορεί να διακρίνει τους πεζούς από τους ποδηλάτες σε σημαντικές αποστάσεις, με αποτέλεσμα ένα καλύτερο σύστημα πρόληψης ατυχημάτων.