Существует новый подход, дающий типичным камерам 3D-возможности.

Группа исследователей из Стэнфордского университета в сотрудничестве с Лабораторией интегрированных нано-квантовых систем (LINQS) и ArbabianLab разработала способ, позволяющий камерам будущего видеть в 3D (в частности, чтобы видеть свет в трех измерениях). Проект начался с того, что команда указала, что системы обнаружения света и дальности (LiDAR или лидар) в наши дни неудобны из-за их размера.

«Существующие лидарные системы большие и громоздкие, но когда-нибудь, если вам понадобятся возможности лидара в миллионах автономных дронов или легких роботизированных транспортных средствах, вы захотите, чтобы они были очень маленькими, очень энергоэффективными и предлагали высокую производительность». сказал Окан Аталар, первый автор на Новый документ в журнале Nature Communications и докторант электротехники в Стэнфорде.

Затем команда создала компактное устройство, что позволило ему быть более энергоэффективным (поскольку лидар может потреблять слишком много энергии из-за размера и количества используемых им компонентов) и хорошо подходящим для интеграции в камеры повседневных мобильных телефонов и цифровых зеркальных фотокамер. Исследование в основном опирается на явление акустического резонанса. В нем используется тонкая пластина ниобата лития, которая считается идеальным материалом благодаря своим электрическим, акустическим и оптическим свойствам.

Ниобат лития покрыт двумя прозрачными электродами в качестве простого акустического модулятора. Технически, когда электричество используется через электроды упомянутого акустического модулятора, вибрация будет эффективно возникать на очень предсказуемых и контролируемых частотах. Затем ниобат лития будет модулировать свет, а пара добавленных поляризаторов будет включать и выключать свет несколько миллионов раз в секунду.

Этот процесс является важным и является одним из известных подходов к добавлению 3D-изображения к стандартным датчикам. Как и в случае с лидаром, этот процесс поможет эффективно измерить вариации света и рассчитать расстояние. И, как было сказано, существующие модуляторы, используемые в других системах, могут иметь высокое энергопотребление, что нецелесообразно. Но с подходом, показанным исследователями, есть возможность внедрить 3D-изображение в небольшие камеры, такие как те, что установлены на телефонах и дронах. По мнению исследователей, в будущем он может стать основой «стандартного КМОП-лидара». (датчики изображения CMOS почти повсеместно используются в смартфонах).

«Более того, геометрия пластин и электродов определяет частоту модуляции света, поэтому мы можем точно настроить частоту», — добавил Аталар. «Измените геометрию, и вы измените частоту модуляции… Хотя есть и другие способы включения и выключения света, — говорит Аталар, — этот акустический подход предпочтительнее, потому что он чрезвычайно энергоэффективен».

Исследователи опробовали эту технологию, создав прототип лидарной системы на лабораторном столе, используя коммерчески доступную цифровую камеру в качестве приемника. Согласно отчетам команды, новая система способна создавать карты глубины с мегапиксельным разрешением. Кроме того, они сказали, что оптический модулятор, созданный командой, потреблял невероятно мало энергии и что она была даже снижена в 10 раз ниже, чем то, что было представлено в статье. 

При этом, если технология получит необходимую поддержку, она может открыть новые возможности для смартфон рынок и многое другое. Это также может революционизировать то, как мы используем все устройства с камерами, включая стандартные профессиональные камеры, дроны, планшеты, ноутбуки, и больше. Это может означать для них дополнительные функции и возможности, которые могут помочь нам различными способами, например, получить больше деталей на снятых изображениях. Исследователи также говорят, что с помощью лидара с мегапиксельным разрешением системе будет легче эффективно идентифицировать цели на более высоком расстоянии. Например, при использовании для автономных автомобилей усовершенствованная лидарная система может отличать пешеходов от велосипедистов на значительном расстоянии, что позволяет улучшить систему предотвращения несчастных случаев.