Tradičné obrazové kamery, podobne ako miliarda nainštalovaná v každom dnes používanom smartfóne, zaznamenávajú sýtosť svetla a farebnú škálu. Tieto kamery, založené na štandardnej technológii fotoaparátov mimo predaja nazývanej CMOS, sú každým rokom menšie a výkonnejšie a v súčasnosti majú rozlíšenie niekoľko desiatok megapixelov. Vidia však len dvojrozmerne, čím vytvárajú plochý obraz podobný kresbe. Vedci zo Stanfordskej univerzity vyvinuli spôsob, ako umožniť bežným obrazovým snímačom vnímať trojrozmerné svetlo. Inými slovami, čoskoro bude možné týmito bežnými fotoaparátmi merať vzdialenosť objektov.
Otvára to veľa technických možností. Doteraz je snímanie vzdialenosti medzi objektmi pomocou svetla dostupné len pomocou špičkových a drahých systémov LiDAR. Ak ste videli pohybujúce sa samojazdiace auto, okamžite ho rozoznáte podľa prítomnosti sklíčka zariadenia namontovaného na streche. Ide o antikolizný systém LiDAR, ktorý využíva lasery na meranie vzdialenosti medzi objektmi.
Systém LiDAR sa podobá na radar, len namiesto rádiových vĺn využíva svetlo. Namierením lasera na objekty a určením intenzity odrazeného svetla dokáže systém určiť, ako blízko je daná vec, jej rýchlosť, či sa približuje alebo vzďaľuje, a čo je najdôležitejšie, dokáže odhadnúť, či sa dráhy týchto dvoch jazdiacich objektov v určitom bode v budúcnosti pretnú.
Pre inžinierov tento úspech otvára dve zaujímavé možnosti. Prvou je vytvoriť LiDAR s megapixelovým rozlíšením, čo je dnes nedosiahnuteľná hranica. S vyšším rozlíšením bude LiDAR zisťovať ciele na väčšie vzdialenosti. Napríklad autonómne vozidlo by rozlíšilo cyklistu od okoloidúceho na väčšiu vzdialenosť - teda oveľa skôr - a umožnilo by vozidlu rýchlo zabrániť nehode. Druhým bodom je, že akýkoľvek dnes dostupný snímač môže vytvárať vysokokvalitné 3D obrazy s minimálnymi hardvérovými úpravami.
Zmeny vo vnímaní vozidiel
Jednou z metód vytvárania 3D obrazov pomocou tradičných senzorov je pridanie zdroja svetla (čo je jednoduché) a modulačného zariadenia (čo nie je také jednoduché), ktoré zapína a vypína svetlo vysokou rýchlosťou miliónkrát za sekundu. Zachytením oscilácií môžu vývojári vypočítať rozsah. Toto dokážu aj súčasné modulátory, ale na ich prevádzku je potrebné pomerne veľa elektrickej energie, čo ich robí úplne nepraktickými na každodenné použitie.
Stanfordský tím vyvinul jednoduchý modulátor zvuku s použitím tenkej vrstvy niobátu lítneho, kryštálu so základnými optickými, elektronickými a akustickými vlastnosťami, s dvoma presnými hranami.
Najdôležitejšou vlastnosťou niobátu lítia sú jeho piezoelektrické vlastnosti. V technickom zmysle piezoelektrický efekt vytvára v kryštáli akustickú vlnu, ktorá otáča polarizáciu svetla požadovaným, laditeľným a použiteľným spôsobom. Je to vedúca technická vlastnosť, ktorá umožnila tímu uspieť. Za modulom je potom starostlivo umiestnený polarizačný filter, ktorý toto otáčanie premieňa na moduláciu intenzity - mení svetlo na jasnejšie a tmavšie - zapína a vypína svetlo miliónkrát za sekundu.
Praktické použitie
Najlepšie na tom je, že zariadenie modulátora je jednoduché a zabudované do navrhovaného obvodu, ktorý využíva hotové kamery. Hodnota navrhovaného modulátora je vynikajúca; hovorí sa, že môže doplniť chýbajúci trojrozmerný obraz v akomkoľvek snímači.
Tím skonštruoval laboratórny prototyp systému LiDAR, ktorý ako prijímač využíval ľahko dostupnú digitálnu kameru.
