有一种新的方法赋予典型相机3D功能

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有一种新的方法赋予典型相机3D功能
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斯坦福大学的一个研究小组在集成纳米量子系统实验室(LINQS)和ArbabianLab的合作下,已经设计出一种方法,使未来的相机能够看到三维(特别是看到三维的光)。该项目开始时,该团队指出,如今的光探测和测距(LiDAR或激光雷达)系统因其尺寸而不方便。

《自然通讯》杂志上的新论文的第一作者、斯坦福大学电子工程专业的博士生Okan Atalar说:”现有的激光雷达系统又大又笨重,但有一天,如果你想在数以百万计的自主无人机或轻型机器人车辆中使用激光雷达功能,你会希望它们非常小,非常节能,并提供高性能,” 。

参考链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-29204-9

有一种新的方法赋予典型相机3D功能插图

然后,该团队创造了一个紧凑的设备,使其更加节能(因为激光雷达由于其尺寸和使用的组件数量会消耗过多的能量),并且很适合整合到日常手机和数码单反相机中。该研究基本上依赖于声学共振现象。它介绍了铌酸锂薄片的使用,据说由于其电学、声学和光学特性,它是一种完美的材料。

铌酸锂上涂有两个透明电极,作为一个简单的声学调制器。从技术上讲,当电力通过上述声学调制器的电极时,振动将在非常可预测和可控制的频率下有效发生。然后,铌酸锂将对光进行调制,而加入的几个偏振器将在一秒钟内将光打开和关闭几百万次。

这个过程是必不可少的,也是为标准传感器添加3D成像的已知方法之一。就像在激光雷达中,这个过程将有效地帮助测量光线的变化并计算距离。而正如所说,在其他系统中发现的现有调制器会有很高的能量消耗,这是不现实的。但是,通过研究人员展示的方法,有可能在小型相机中引入3D成像,比如位于手机和无人机上的相机。据研究人员称,它可以成为未来 “标准CMOS激光雷达 “的基础。(CMOS图像传感器几乎普遍用于智能手机中)。

“更重要的是,晶圆和电极的几何形状定义了光调制的频率,所以我们可以对频率进行微调,”Atalar补充说。”改变几何形状,你就改变了调制的频率……虽然有其他方法来打开和关闭灯光,”Atalar说,”这种声学方法更可取,因为它非常节能。”

研究人员通过在实验室的长椅上建立一个原型激光雷达系统来尝试这项技术,该系统使用一个市售的数码相机作为受体。根据该团队的报告,新系统能够产生百万像素分辨率的深度图。此外,他们说,该团队创造的光学调制器令人难以置信地只消耗了少量的功率,甚至比论文中提出的要低10倍。

有了这些,如果这项技术得到它所需要的支持,它可以为智能手机市场和其他更多的东西开辟新的可能性。它还可以彻底改变我们使用所有带相机的设备的方式,包括标准的专业相机、无人机、平板电脑、笔记本电脑等等。这可能意味着它们的额外功能和能力,可以在各种方面帮助我们,比如在拍摄的图像中获得更多细节。研究人员还表示,通过百万像素分辨率的激光雷达,该系统将更容易在更优秀的范围内有效识别目标。例如,当用于自动驾驶汽车时,改进后的激光雷达系统可以在相当远的距离区分行人和骑自行车的人,从而形成一个更好的系统来防止事故。

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