Існує новий підхід, що надає типовим камерам тривимірні можливості

Команда дослідників зі Стенфордського університету у співпраці між Лабораторією інтегрованих нано-квантових систем (LINQS) і ArbabianLab розробила спосіб, який дозволить камерам у майбутньому бачити в 3D (особливо бачити світло). у трьох вимірах). Проект почався з того, що команда звернула увагу на те, що системи виявлення світла та визначення дальності (LiDAR або lidar) сьогодні незручні через їх розмір.

«Існуючі лідарні системи є великими та громіздкими, але колись, якщо ви захочете використовувати лідарні можливості в мільйонах автономних дронів або в легких роботизованих транспортних засобах, ви захочете, щоб вони були дуже малими, дуже енергоефективними та забезпечували високу продуктивність», сказав Окан Аталар, перший автор на новий папір в журналі Nature Communications і кандидат в докторантуру з електротехніки в Стенфорді.

Потім команда створила компактний пристрій, що дозволило йому бути більш енергоефективним (оскільки лідар може споживати занадто багато енергії через розмір і кількість компонентів, які він використовує) і добре пристосований для інтеграції в камери повсякденних мобільних телефонів і цифрових дзеркальних фотоапаратів. Дослідження в основному спирається на феномен акустичного резонансу. Він представляє використання тонкої пластини ніобату літію, яка вважається ідеальним матеріалом завдяки своїм електричним, акустичним та оптичним властивостям.

Ніобат літію покритий двома прозорими електродами як простий акустичний модулятор. Технічно, коли електрика використовується через електроди згаданого акустичного модулятора, вібрація виникатиме ефективно на дуже передбачуваних і контрольованих частотах. Ніобат літію буде модулювати світло, тоді як пара доданих поляризаторів вмикатимуть і вимикатимуть світло кілька мільйонів разів на секунду.

Цей процес є важливим і одним із відомих підходів до додавання 3D-зображення до стандартних датчиків. Як і в лідарі, цей процес ефективно допоможе виміряти коливання освітленості та обчислити відстань. І, як було сказано, існуючі модулятори, які є в інших системах, можуть мати високе споживання енергії, що недоцільно. Але з підходом, показаним дослідниками, є можливість впровадити 3D-зображення в невеликі камери, як-от ті, що розташовані на телефонах і дронах. За словами дослідників, це може стати основою «стандартного CMOS-лідара» в майбутньому. (CMOS-датчики зображення майже повсюдно використовуються в смартфонах).

«Більше того, геометрія пластин і електродів визначає частоту модуляції світла, тому ми можемо точно налаштувати частоту», — додав Аталар. «Змініть геометрію, і ви зміните частоту модуляції… Хоча є й інші способи ввімкнути та вимкнути світло, — каже Аталар, — цей акустичний підхід є кращим, оскільки він надзвичайно енергоефективний».

Дослідники спробували цю технологію, побудувавши прототип лідарної системи на лабораторному столі, використовуючи комерційно доступну цифрову камеру як приймач. Згідно зі звітами команди, нова система змогла створювати карти глибини з мегапіксельною роздільною здатністю. Крім того, вони сказали, що оптичний модулятор, створений командою, неймовірно споживає лише невелику кількість енергії і навіть зменшується в 10 разів нижче, ніж було представлено в статті. 

При цьому, якщо технологія отримає необхідну підтримку, це може відкрити нові можливості для смартфон ринок і багато іншого. Це також може змінити те, як ми використовуємо всі пристрої з камерами, включаючи стандартні професійні камери, дрони, планшети, ноутбуки, і більше. Це може означати додаткові функції та можливості для них, які можуть допомогти нам різними способами, наприклад, отримати більше деталей у знятих зображеннях. За допомогою лідару з мегапіксельною роздільною здатністю дослідники також кажуть, що системі буде легше ефективно ідентифікувати цілі на більшій відстані. Наприклад, при використанні для автономних автомобілів покращена система лідарів може відрізняти пішоходів від велосипедистів на значних відстанях, що призводить до кращої системи запобігання аварій.