Det finns ett nytt tillvägagångssätt som ger typiska kameror 3D-funktioner

Ett team av forskare vid Stanford University, i samarbete mellan Laboratory for Integrated Nano-Quantum Systems (LINQS) och ArbabianLab, har tagit fram ett sätt att göra det möjligt att göra det möjligt för kameror i framtiden att se i 3D (särskilt för att se ljuset) i tre dimensioner). Projektet startade med att teamet påpekade att ljusdetektions- och avståndssystem (LiDAR eller lidar) idag är obekväma på grund av deras storlek.

"Befintliga lidar-system är stora och skrymmande, men en dag, om du vill ha lidar-kapacitet i miljontals autonoma drönare eller i lätta robotfordon, kommer du att vilja att de ska vara väldigt små, mycket energieffektiva och erbjuda hög prestanda." sade Okan Atalar, den första författaren på nytt papper i tidskriften Nature Communications och doktorand i elektroteknik vid Stanford.

Teamet skapade sedan en kompakt enhet som gör att den är mer energieffektiv (eftersom lidar kan förbruka för mycket ström på grund av storleken och antalet komponenter som den använder) och passar bra för integration i kameror av vardagliga mobiltelefoner och digitala systemkameror. Studien bygger i grunden på fenomenet akustisk resonans. Den introducerar användningen av en tunn skiva av litiumniobat, som sägs vara det perfekta materialet på grund av dess elektriska, akustiska och optiska egenskaper.

Litiumniobatet är belagt med två transparenta elektroder som en enkel akustisk modulator. Tekniskt sett, när elektricitet används genom elektroderna på nämnda akustiska modulator, kommer vibrationer att inträffa effektivt vid mycket förutsägbara och kontrollerbara frekvenser. Litiumniobatet kommer sedan att modulera ljuset medan ett par polarisatorer som läggs till kommer att tända och släcka ljuset flera miljoner gånger per sekund.

Denna process är väsentlig och ett av de kända tillvägagångssätten för att lägga till 3D-bilder till standardsensorer. Liksom i lidar kommer processen effektivt att hjälpa till att mäta variationerna i ljuset och beräkna avståndet. Och som sagt, befintliga modulatorer som finns i andra system kan ha hög energiförbrukning, vilket är opraktiskt. Men med det tillvägagångssätt som forskarna visar finns det en möjlighet att introducera 3D-bilder i små kameror som de som sitter på telefoner och drönare. Enligt forskarna kan det vara grunden för "standard CMOS lidar" i framtiden. (CMOS-bildsensorer används nästan universellt i smartphones).

"Dessutom definierar geometrin på skivorna och elektroderna frekvensen för ljusmodulering, så vi kan finjustera frekvensen," tillade Atalar. "Ändra geometrin och du ändrar moduleringsfrekvensen ... Även om det finns andra sätt att tända och släcka ljuset," säger Atalar, "är det här akustiska tillvägagångssättet att föredra eftersom det är extremt energieffektivt."

Forskarna provade tekniken genom att bygga en prototyp av lidar-system på en labbbänk med en kommersiellt tillgänglig digitalkamera som mottagare. Enligt teamets rapporter kunde det nya systemet producera djupkartor med megapixelupplösning. Dessutom sa de att den optiska modulatorn som skapats av teamet otroligt förbrukade bara en liten mängd ström och att den till och med reducerades 10 gånger lägre än vad som presenterades i tidningen. 

Med det, om tekniken får det stöd den behöver, kan det öppna nya möjligheter för smartphone marknaden och så mycket mer. Det kan också revolutionera hur vi använder alla enheter med kameror, inklusive vanliga professionella kameror, drönare, surfplattor, bärbara datorer, och mer. Det kan innebära ytterligare funktioner och möjligheter för dem som kan hjälpa oss på olika sätt, som att få fler detaljer i bilder som tagits. Genom lidar med megapixelupplösning säger forskarna också att det blir lättare för systemet att identifiera mål effektivt på ett mer utmärkt avstånd. Till exempel, när det används för autonoma bilar, kan det förbättrade lidarsystemet skilja fotgängare från cyklister på avsevärda avstånd, vilket resulterar i ett bättre system för att förhindra olyckor.