Det er en ny tilnærming som gir typiske kameraer 3D-funksjoner

Et team av forskere ved Stanford University, i samarbeid mellom Laboratory for Integrated Nano-Quantum Systems (LINQS) og ArbabianLab, har utviklet en måte å gjøre det mulig å gjøre det mulig for kameraer i fremtiden å se i 3D (spesielt for å se lyset) i tre dimensjoner). Prosjektet startet med at teamet påpekte at lysdeteksjons- og rekkeviddesystemer (LiDAR eller lidar) i disse dager er upraktiske på grunn av størrelsen.

"Eksisterende lidar-systemer er store og klumpete, men en dag, hvis du vil ha lidar-funksjoner i millioner av autonome droner eller i lette robotkjøretøyer, vil du at de skal være veldig små, veldig energieffektive og tilby høy ytelse," sa Okan Atalar, den første forfatteren på nytt papir i tidsskriftet Nature Communications og en doktorgradskandidat i elektroteknikk ved Stanford.

Teamet skapte deretter en kompakt enhet som lar den være mer energieffektiv (siden lidar kan forbruke for mye strøm på grunn av størrelsen og antallet komponenter den bruker) og passer godt for integrering i kameraer av hverdagslige mobiltelefoner og digitale speilreflekskameraer. Studien baserer seg i utgangspunktet på fenomenet akustisk resonans. Den introduserer bruken av en tynn skive av litiumniobat, som sies å være det perfekte materialet på grunn av dets elektriske, akustiske og optiske egenskaper.

Litiumniobatet er belagt med to transparente elektroder som en enkel akustisk modulator. Teknisk sett, når elektrisitet brukes gjennom elektrodene til den nevnte akustiske modulatoren, vil vibrasjon forekomme effektivt ved svært forutsigbare og kontrollerbare frekvenser. Litiumniobatet vil da modulere lyset mens et par polarisatorer som legges til vil slå lyset av og på flere millioner ganger i sekundet.

Denne prosessen er viktig og en av de kjente tilnærmingene for å legge til 3D-bilder til standardsensorer. Som i lidar vil prosessen effektivt hjelpe til med å måle variasjonene i lyset og beregne avstand. Og som sagt kan eksisterende modulatorer som finnes i andre systemer ha høyt energiforbruk, noe som er upraktisk. Men med tilnærmingen forskerne har vist, er det en mulighet for å introdusere 3D-bilder i små kameraer som de som sitter på telefoner og droner. Ifølge forskerne kan det være grunnlaget for "standard CMOS lidar" i fremtiden. (CMOS-bildesensorer brukes nesten universelt i smarttelefoner).

"I tillegg definerer geometrien til skivene og elektrodene frekvensen til lysmodulasjon, slik at vi kan finjustere frekvensen," la Atalar til. "Endre geometrien og du endrer moduleringsfrekvensen ... Selv om det finnes andre måter å slå lyset på og av," sier Atalar, "er denne akustiske tilnærmingen å foretrekke fordi den er ekstremt energieffektiv."

Forskerne prøvde teknologien ved å bygge en prototype lidar-system på en laboratoriebenk ved å bruke et kommersielt tilgjengelig digitalkamera som mottaker. I følge teamets rapporter var det nye systemet i stand til å produsere megapiksel-oppløsning dybdekart. I tillegg sa de at den optiske modulatoren laget av teamet utrolig nok bare forbrukte en liten mengde strøm, og at den til og med ble redusert 10 ganger lavere enn det som ble presentert i avisen. 

Med det, hvis teknologien får den støtten den trenger, kan det åpne nye muligheter for smarttelefon marked og mye mer. Det kan også revolusjonere hvordan vi bruker alle enheter med kameraer, inkludert standard profesjonelle kameraer, droner, nettbrett, bærbare datamaskiner, og mer. Det kan bety tilleggsfunksjoner og muligheter for dem som kan hjelpe oss på ulike måter, som å få flere detaljer i bilder tatt. Gjennom megapikseloppløsning lidar sier forskerne også at det vil være lettere for systemet å identifisere mål effektivt på en mer utmerket rekkevidde. For eksempel, når det brukes til autonome biler, kan det forbedrede lidar-systemet skille fotgjengere fra syklister på betydelige avstander, noe som resulterer i et bedre system for å forhindre ulykker.