Pojawiło się nowe podejście dające możliwości typowych aparatów 3D

Zespół naukowców z Uniwersytetu Stanforda, we współpracy Laboratorium Zintegrowanych Systemów Nanokwantowych (LINQS) i ArbabianLab, opracował sposób, aby umożliwić kamerom w przyszłości widzenie w 3D (zwłaszcza światło w trzech wymiarach). Zespół rozpoczął projekt od zwrócenia uwagi na to, że systemy wykrywania i namierzania światła (LiDAR lub lidar) są obecnie niewygodne ze względu na swój rozmiar.

„Istniejące systemy lidar są duże i nieporęczne, ale pewnego dnia, jeśli chcesz mieć możliwości lidarowe w milionach autonomicznych dronów lub w lekkich pojazdach zrobotyzowanych, będziesz chciał, aby były bardzo małe, bardzo energooszczędne i oferowały wysoką wydajność”. powiedział Okan Atalar, pierwszy autor na nowy papier w czasopiśmie Nature Communications i doktorantka z elektrotechniki na Stanford.

Następnie zespół stworzył kompaktowe urządzenie, dzięki czemu jest bardziej energooszczędne (ponieważ lidar może zużywać zbyt dużo energii ze względu na rozmiar i liczbę używanych komponentów) i dobrze nadaje się do integracji z kamery codziennych telefonów komórkowych i cyfrowych lustrzanek jednoobiektywowych. Badanie zasadniczo opiera się na zjawisku rezonansu akustycznego. Wprowadza zastosowanie cienkiej płytki niobianu litu, który jest uważany za doskonały materiał ze względu na swoje właściwości elektryczne, akustyczne i optyczne.

Niobian litu jest pokryty dwiema przezroczystymi elektrodami jako prosty modulator akustyczny. Z technicznego punktu widzenia, kiedy energia elektryczna jest wykorzystywana przez elektrody wspomnianego modulatora akustycznego, wibracje będą występować skutecznie przy bardzo przewidywalnych i kontrolowanych częstotliwościach. Niobatan litu będzie następnie modulował światło, podczas gdy kilka dodanych polaryzatorów będzie włączać i wyłączać światło kilka milionów razy na sekundę.

Proces ten jest niezbędny i jest jednym ze znanych podejść do dodawania obrazowania 3D do standardowych czujników. Podobnie jak w lidarze, proces ten skutecznie pomoże zmierzyć zmiany światła i obliczyć odległość. Jak już wspomniano, istniejące modulatory znajdujące się w innych systemach mogą mieć wysokie zużycie energii, co jest niepraktyczne. Ale dzięki podejściu, które prezentują naukowcy, istnieje możliwość wprowadzenia obrazowania 3D w małych kamerach, takich jak te umieszczone w telefonach i dronach. Zdaniem naukowców może to być w przyszłości fundament „standardowego lidaru CMOS”. (Czujniki obrazu CMOS są prawie powszechnie stosowane w smartfonach).

„Co więcej, geometria wafli i elektrod określa częstotliwość modulacji światła, dzięki czemu możemy dostroić częstotliwość” – dodał Atalar. „Zmień geometrię, a zmienisz częstotliwość modulacji… Chociaż istnieją inne sposoby włączania i wyłączania światła”, mówi Atalar, „to podejście akustyczne jest preferowane, ponieważ jest niezwykle energooszczędne”.

Naukowcy wypróbowali tę technologię, budując prototypowy system lidar na stole laboratoryjnym, używając dostępnej na rynku kamery cyfrowej jako receptora. Według doniesień zespołu nowy system był w stanie tworzyć mapy głębi o rozdzielczości megapikselowej. Ponadto powiedzieli, że modulator optyczny stworzony przez zespół niesamowicie zużywał tylko niewielką ilość energii i że została ona nawet zmniejszona 10 razy mniej niż przedstawiono w artykule. 

Dzięki temu, jeśli technik uzyska wsparcie, którego potrzebuje, może to otworzyć nowe możliwości dla smartphone rynek i wiele więcej. Może również zrewolucjonizować sposób, w jaki używamy wszystkich urządzeń z kamerami, w tym standardowych profesjonalnych kamer, dronów, tabletów, laptopy, i więcej. Może to oznaczać dla nich dodatkowe funkcje i możliwości, które mogą nam pomóc na różne sposoby, na przykład uzyskać więcej szczegółów na przechwyconych obrazach. Dzięki lidarowi o rozdzielczości megapikselowej naukowcy twierdzą również, że systemowi łatwiej będzie skuteczniej identyfikować cele z bardziej doskonałego zasięgu. Na przykład w przypadku samochodów autonomicznych ulepszony system lidar może odróżnić pieszych od rowerzystów ze znacznych odległości, co skutkuje lepszym systemem zapobiegania wypadkom.