Có một cách tiếp cận mới mang lại khả năng 3D cho máy ảnh điển hình

Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford, với sự hợp tác giữa Phòng thí nghiệm về Hệ thống Lượng tử Nano Tích hợp (LINQS) và ArbabianLab, đã nghĩ ra một cách để có thể cho phép máy ảnh trong tương lai có thể nhìn thấy ở dạng 3D (đặc biệt là nhìn thấy ánh sáng trong không gian ba chiều). Dự án bắt đầu với việc nhóm chỉ ra rằng các hệ thống phát hiện ánh sáng và đa dạng (LiDAR hoặc lidar) ngày nay không thuận tiện do kích thước của chúng.

"Các hệ thống lidar hiện tại rất lớn và cồng kềnh, nhưng một ngày nào đó, nếu bạn muốn có khả năng lidar trong hàng triệu máy bay không người lái tự động hoặc trong các phương tiện robot hạng nhẹ, bạn sẽ muốn chúng thật nhỏ, rất tiết kiệm năng lượng và mang lại hiệu suất cao" Okan Atalar, tác giả đầu tiên của giấy mới trên tạp chí Nature Communications và là ứng viên tiến sĩ về kỹ thuật điện tại Stanford.

Sau đó, nhóm đã tạo ra một thiết bị nhỏ gọn, cho phép nó tiết kiệm năng lượng hơn (vì lidar có thể tiêu thụ quá nhiều điện năng do kích thước và số lượng thành phần mà nó đang sử dụng) và phù hợp để tích hợp vào máy ảnh điện thoại di động hàng ngày và máy ảnh SLR kỹ thuật số. Nghiên cứu về cơ bản dựa trên hiện tượng cộng hưởng âm thanh. Nó giới thiệu việc sử dụng một tấm mỏng liti niobate, được cho là vật liệu hoàn hảo do các đặc tính điện, âm học và quang học của nó.

Niobate liti được phủ bằng hai điện cực trong suốt như một bộ điều biến âm thanh đơn giản. Về mặt kỹ thuật, khi điện được sử dụng thông qua các điện cực của bộ điều biến âm thanh nói trên, rung động sẽ xảy ra một cách hiệu quả ở các tần số có thể dự đoán và kiểm soát được. Sau đó, lithium niobate sẽ điều chỉnh ánh sáng trong khi một vài phân cực được thêm vào sẽ bật và tắt đèn vài triệu lần một giây.

Quá trình này là cần thiết và là một trong những cách tiếp cận đã biết để thêm hình ảnh 3D vào các cảm biến tiêu chuẩn. Giống như trong lidar, quá trình này sẽ giúp đo lường hiệu quả các biến thể của ánh sáng và tính toán khoảng cách. Và như đã nói, các bộ điều biến hiện có được tìm thấy trong các hệ thống khác có thể tiêu thụ năng lượng cao, điều này là không thực tế. Nhưng với cách tiếp cận được các nhà nghiên cứu chỉ ra, có khả năng giới thiệu hình ảnh 3D trong các máy ảnh nhỏ như máy ảnh được đặt trên điện thoại và máy bay không người lái. Theo các nhà nghiên cứu, nó có thể là nền tảng của “hệ điều hành CMOS tiêu chuẩn” trong tương lai. (Cảm biến hình ảnh CMOS hầu như được sử dụng phổ biến trong điện thoại thông minh).

Atalar nói thêm: “Hơn nữa, hình dạng của các tấm wafer và các điện cực xác định tần số điều biến ánh sáng, vì vậy chúng tôi có thể tinh chỉnh tần số. Atalar nói: “Thay đổi hình dạng và bạn thay đổi tần số điều chế… Trong khi có nhiều cách khác để bật và tắt đèn,” Atalar nói, “cách tiếp cận âm thanh này được ưa chuộng hơn vì nó cực kỳ tiết kiệm năng lượng.”

Các nhà nghiên cứu đã thử công nghệ này bằng cách xây dựng một hệ thống lidar nguyên mẫu trên băng ghế phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng một máy ảnh kỹ thuật số có sẵn trên thị trường làm bộ phận tiếp nhận. Theo báo cáo của nhóm, hệ thống mới có thể tạo bản đồ độ sâu độ phân giải megapixel. Ngoài ra, họ nói rằng bộ điều biến quang học do nhóm tạo ra chỉ tiêu thụ một lượng nhỏ năng lượng đáng kinh ngạc và nó thậm chí còn giảm xuống thấp hơn 10 lần so với những gì được trình bày trong bài báo. 

Cùng với đó, nếu công nghệ nhận được sự hỗ trợ cần thiết, nó có thể mở ra những khả năng mới cho điện thoại thông minh thị trường và nhiều hơn nữa. Nó cũng có thể cách mạng hóa cách chúng ta sử dụng tất cả các thiết bị có máy ảnh, bao gồm máy ảnh chuyên nghiệp tiêu chuẩn, máy bay không người lái, máy tính bảng, Máy tính xách tay, và nhiều hơn nữa. Nó có thể có nghĩa là các chức năng và khả năng bổ sung cho chúng có thể giúp chúng ta theo nhiều cách khác nhau, chẳng hạn như thu được nhiều chi tiết hơn trong hình ảnh được chụp. Thông qua lidar độ phân giải megapixel, các nhà nghiên cứu cũng nói rằng hệ thống sẽ dễ dàng xác định mục tiêu hiệu quả hơn ở phạm vi xuất sắc hơn. Ví dụ, khi được sử dụng cho xe ô tô tự lái, hệ thống lidar cải tiến có thể phân biệt người đi bộ và người đi xe đạp ở khoảng cách đáng kể, dẫn đến một hệ thống tốt hơn để ngăn ngừa tai nạn.