Традиционные датчики для получения изображений, подобных миллиарду установленных в любом смартфоне, которые сегодня используются, улавливают насыщенность света и цветовую гамму. Основываясь на распространенной технологии готовых датчиков, называемой CMOS, такие камеры становятся все меньше и мощнее с каждым годом и в настоящее время обладают разрешением в несколько десятков мегапикселей. Однако до сих пор они способны видеть лишь в двумерном пространстве, создавая плоское, как рисунок, изображение.
Ученые из Стэнфордского университета придумали способ, благодаря которому типичные датчики изображения способны воспринимать трехмерный свет. Иными словами, в скором времени с помощью этих обычных камер можно будет измерять расстояние до объектов.
Это открывает широкие инженерные возможности. На сегодняшний день определение дистанции между предметами при помощи света доступно только при использовании высокотехнологичных и дорогих систем LiDAR. Если вы видели передвигающийся самоуправляемый автомобиль, то его можно сразу отличить по наличию горки оборудования, установленного на крыше. В основном это система предотвращения столкновений LiDAR, использующая для измерения расстояния между объектами лазеры.
Система LiDAR напоминает радиолокатор, только вместо радиоволн используется свет. Путем наведения лазера на предметы и определения интенсивности отраженного света система может определить, насколько близко расположен объект, скорость его движения, приближение или отдаление, а главное, может рассчитать, будут ли пути двух перемещающихся объектов в определенный момент пересекаться в будущем.
Инженерам этот успех предоставляет два интригующих шанса. Первое - это создание LiDAR с мегапиксельным разрешением - недостижимый сегодня порог. Благодаря более высокому разрешению LiDAR будет способен определять цели на более дальних расстояниях. К примеру, автономное транспортное средство будет способно различать велосипедиста и прохожего на более дальнем расстоянии - то есть, гораздо раньше - и даст возможность машине с легкостью предотвратить аварию. Второй момент: любая доступная сегодня матрица может создавать высококачественные 3D-изображения с минимальной аппаратной доработкой.
Изменения в том, как видят машины
В одном из методов получения 3D-изображений с использованием традиционных датчиков можно добавить источник света ( это делается просто) и модулирующее устройство ( это не так легко сделать), включающее и выключающее свет с высокой скоростью, в течение секунды миллионы раз. Определяя колебания в свете, разработчики могут вычислить дистанцию. Имеющиеся модуляторы также способны на это, но для их работы требуется довольно большое количество электроэнергии. Такое большое, что это делает их абсолютно нецелесообразными для ежедневного применения.
Команда из Стэнфорда сконструировала несложный звуковой модулятор, воспользовавшись для его создания тонким слоем ниобата лития - прозрачным кристаллом, обладающим очень важными электрическими, акустическими и оптическими свойствами, - с двумя прозрачными электродами.
Крайне важная особенность ниобата лития - пьезоэлектрические свойства. В техническом смысле пьезоэлектрический эффект приводит к созданию акустической волны в кристалле, которая вращает поляризацию света желаемым, настраиваемым и используемым образом. Это основная техническая особенность, позволившая команде достичь успеха. Далее за модулятором аккуратно устанавливается фильтр поляризации, преобразующий это вращение в модулирование интенсивности - делающий свет более ярким и более темным - фактически включающий и выключающий свет миллионы раз в секунду.
Практическая польза
Лучше всего то, что устройство модулятора простое и встраивается в предложенную схему, в которой используются готовые камеры. Значение предлагаемого модулятора велико; по их словам, он может дополнить недостающее трехмерное изображение в любом датчике.
Для доказательства этого команда создала в лаборатории прототип системы LiDAR, который использовал в качестве рецептора доступную в продаже цифровую камеру.
