มีวิธีการใหม่ที่ทำให้กล้องทั่วไปมีความสามารถ 3 มิติ

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด โดยได้รับความร่วมมือระหว่าง Laboratory for Integrated Nano-Quantum Systems (LINQS) และ ArbabianLab ได้คิดค้นวิธีที่จะทำให้กล้องในอนาคตมองเห็นแบบ 3 มิติ (โดยเฉพาะการมองเห็นแสง) ในสามมิติ) โปรเจ็กต์เริ่มต้นด้วยทีมที่ชี้ให้เห็นว่าระบบตรวจจับแสงและกำหนดระยะ (LiDAR หรือ lidar) ในปัจจุบันไม่สะดวกเนื่องจากขนาด

“ระบบ Lidar ที่มีอยู่นั้นใหญ่และเทอะทะ แต่สักวันหนึ่ง หากคุณต้องการความสามารถของ Lidar ในโดรนอิสระหลายล้านตัวหรือในยานยนต์หุ่นยนต์น้ำหนักเบา คุณจะต้องการให้มีขนาดเล็กมาก ประหยัดพลังงานมาก และให้ประสิทธิภาพสูง” Okan Atalar ผู้เขียนคนแรกของ .กล่าว กระดาษใหม่ ในวารสาร Nature Communications และผู้สมัครระดับปริญญาเอกด้านวิศวกรรมไฟฟ้าที่ Stanford

ทีมงานจึงสร้างอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดเพื่อให้ประหยัดพลังงานมากขึ้น (เนื่องจาก Lidar อาจใช้พลังงานมากเกินไปเนื่องจากขนาดและจำนวนส่วนประกอบที่ใช้) และเหมาะสมสำหรับการรวมเข้ากับ กล้อง ของโทรศัพท์มือถือในชีวิตประจำวันและกล้องดิจิตอล SLR การศึกษาโดยทั่วไปอาศัยปรากฏการณ์เสียงสะท้อน แนะนำให้ใช้เวเฟอร์ลิเธียมไนโอเบตแบบบาง ซึ่งกล่าวกันว่าเป็นวัสดุที่สมบูรณ์แบบเนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้า อะคูสติก และออปติคัล

ลิเธียมไนโอเบตเคลือบด้วยอิเล็กโทรดโปร่งใสสองอิเล็กโทรดเป็นตัวปรับเสียงอย่างง่าย ในทางเทคนิค เมื่อใช้ไฟฟ้าผ่านอิเล็กโทรดของโมดูเลเตอร์เสียงดังกล่าว การสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพที่ความถี่ที่คาดการณ์ได้และควบคุมได้มาก ลิเธียมไนโอเบตจะปรับแสงในขณะที่โพลาไรเซอร์สองสามตัวที่เพิ่มเข้ามาจะเปิดและปิดไฟหลายล้านครั้งต่อวินาที

กระบวนการนี้มีความสำคัญและเป็นหนึ่งในแนวทางที่เป็นที่รู้จักในการเพิ่มการสร้างภาพ 3 มิติให้กับเซ็นเซอร์มาตรฐาน เช่นเดียวกับในลิดาร์ กระบวนการนี้จะช่วยวัดความแปรผันของแสงและคำนวณระยะทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ และดังที่กล่าวไว้ โมดูเลเตอร์ที่มีอยู่ซึ่งพบในระบบอื่นอาจมีการใช้พลังงานสูง ซึ่งไม่สามารถทำได้ แต่ด้วยวิธีการที่นักวิจัยแสดงให้เห็น มีความเป็นไปได้ที่จะแนะนำการสร้างภาพ 3 มิติในกล้องขนาดเล็ก เช่นเดียวกับที่อยู่ในโทรศัพท์และโดรน นักวิจัยกล่าวว่ามันสามารถเป็นรากฐานของ "CMOS Lidar มาตรฐาน" ได้ในอนาคต (เซ็นเซอร์ภาพ CMOS นั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในสมาร์ทโฟน)

"ยิ่งไปกว่านั้น รูปทรงของเวเฟอร์และอิเล็กโทรดกำหนดความถี่ของการปรับแสง ดังนั้นเราจึงสามารถปรับแต่งความถี่ได้อย่างละเอียด" Atalar กล่าวเสริม Atalar กล่าวว่า "เปลี่ยนรูปทรงเรขาคณิตและคุณเปลี่ยนความถี่ของการมอดูเลต ... ในขณะที่มีวิธีอื่นในการเปิดและปิดไฟ" Atalar กล่าว "แนวทางอะคูสติกนี้ดีกว่าเพราะเป็นการประหยัดพลังงานอย่างมาก"

นักวิจัยได้ลองใช้เทคโนโลยีนี้ด้วยการสร้างระบบต้นแบบของ Lidar บนโต๊ะแล็บโดยใช้กล้องดิจิตอลที่มีจำหน่ายทั่วไปเป็นตัวรับ ตามรายงานของทีม ระบบใหม่นี้สามารถสร้างแผนที่ความลึกที่มีความละเอียดเมกะพิกเซลได้ นอกจากนี้ พวกเขากล่าวว่าโมดูเลเตอร์แบบออปติคัลที่สร้างขึ้นโดยทีมนั้นใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยอย่างไม่น่าเชื่อ และยังลดลงต่ำกว่าที่แสดงในรายงานถึง 10 เท่าอีกด้วย 

ด้วยเหตุนี้ หากเทคโนโลยีได้รับการสนับสนุนที่จำเป็น ก็สามารถเปิดโอกาสใหม่ๆ ให้กับ มาร์ทโฟน ตลาดและอื่น ๆ อีกมากมาย นอกจากนี้ยังสามารถปฏิวัติวิธีที่เราใช้อุปกรณ์ทั้งหมดที่มีกล้อง รวมถึงกล้องมืออาชีพมาตรฐาน โดรน แท็บเล็ต แล็ปท็อป, และอื่น ๆ. อาจหมายถึงฟังก์ชันและความสามารถเพิ่มเติมสำหรับพวกเขา ซึ่งสามารถช่วยเราได้หลายวิธี เช่น การรับรายละเอียดเพิ่มเติมในภาพที่ถ่าย นักวิจัยยังกล่าวด้วยว่าระบบจะระบุเป้าหมายได้อย่างมีประสิทธิภาพในช่วงที่ยอดเยี่ยมยิ่งขึ้นผ่านระบบไลดาร์ที่มีความละเอียดเมกะพิกเซลได้ง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อใช้กับรถยนต์ขับเคลื่อนอัตโนมัติ ระบบ Lidar ที่ปรับปรุงแล้วสามารถแยกแยะคนเดินถนนจากนักปั่นจักรยานในระยะทางที่ไกล ส่งผลให้ระบบป้องกันอุบัติเหตุดีขึ้น