מצלמות פשוטות יראו בתלת-ממד

חיישני תמונה סטנדרטיים כמו אלה שכבר מותקנים בכל סמארטפון כמעט, לוכדים את עוצמת האור והצבע. בהסתמך על טכנולוגיית חיישנים נפוצה מהמדף והמכונה CMOS, המצלמות האלו נעשו עוצמתיות יותר משנה לשנה, וכעת מציעות רזולוציה של עשרות מגה פיקסל. אבל הן עדיין רואות רק בשני ממדים ומסוגלות ללכוד תמונות שטוחות. עד עכשיו.

חוקרים מאוניברסיטת סטנפורד יצרו גישה חדשה המאפשרת לחיישני תמונה סטנדרטיים לראות אור בתלת-ממד. כלומר המצלמות הנפוצות האלו יוכלו לשמש בקרוב למדידת המרחק לאובייקטים. האפשרויות ההנדסיות רבות משמעות. מדידת מרחק בין אובייקטים עם אור אפשרית כיום רק עם מערכות לידר מיוחדות ויקרות.

אם ראיתם מכונית בנהיגה עצמית, בוודאי זיהיתם אותה על פי ציוד הגג. רוב הציוד הזה הוא מערכת הלידר למניעת התרסקות של המכונית, המשתמשת בלייזרים כדי לקבוע מרחקים בין עצמים. לידר הוא כמו מכ"ם, אבל עם אור במקום גלי רדיו. על ידי הקרנת לייזר לעבר עצמים ומדידת האור שחוזר, הוא יכול לדעת כמה רחוק נמצא העצם, כמה מהר הוא נוסע, אם הוא מתקרב או מתרחק, והכי חשוב - הוא יכול לחשב אם הנתיבים של שני עצמים נעים יצטלבו בשלב מסוים.

הפיתוח החדש עשוי לשפר את המערכת. בעבור מהנדסים, ההתקדמות פותחת שתי הזדמנויות מסקרנות. ראשית, הוא יכול לאפשר לידר ברזולוציית מגה-פיקסל - סף שלא אפשרי כיום. רזולוציה גבוהה יותר תאפשר ללידר לזהות מטרות בטווח גדול יותר. מכונית אוטונומית, למשל, עשויה להיות מסוגלת להבחין בין רוכב אופניים להולך רגל מוקדם יותר, ובכך למנוע תאונה ביתר קלות. שנית, כל חיישן תמונה הזמין כיום, כולל הסמארטפונים כעת, יכול לצלם תמונות תלת-ממד עשירות עם תוספות חומרה מינימליות.

גישה אחת להוספת הדמיה תלת-ממדית לחיישנים סטנדרטיים מושגת על ידי הוספת מקור אור (בקלות) ומאפנן (לא כל כך בקלות) שמדליק ומכבה את האור מהר מאוד, מיליוני פעמים בכל שנייה. באמצעות מדידת וריאציות באור, אפשר לחשב מרחק. גם מאפננים קיימים יכולים לעשות זאת, אבל הם מצריכים כמויות גדולות יחסית של כוח. למעשה כל כך הרבה, שזה הופך אותם לבלתי מעשיים לשימוש יומיומי.

הפתרון שיצר צוות סטנפורד מסתמך על תופעה המכונה תהודה אקוסטית. הצוות בנה מאפנן אקוסטי פשוט באמצעות רקיק דק של ליתיום ניובאט - גביש שקוף ורצוי מאוד בשל תכונותיו החשמליות, האקוסטיות והאופטיות, המצופה בשתי אלקטרודות שקופות. ליתיום ניובאט הוא פיזואלקטרי, כלומר כאשר חשמל מוכנס דרך האלקטרודות, סריג הגביש בלב המבנה האטומי שלו משנה צורה. הוא רוטט בתדרים גבוהים מאוד, צפויים מאוד ונשלטים מאוד. כאשר הוא רוטט, ליתיום ניובאט מווסת חזק את האור.

עם תוספת של כמה מקטבים, המאפנן החדש הזה למעשה מדליק ומכבה את האור מיליוני פעמים בשנייה. והכי חשוב, העיצוב של המאפנן פשוט, ומאפשר לשלבו במערכת מוצעת המשתמשת במצלמות מדף, כמו אלו שנמצאות בטלפונים סלולריים ובמצלמות SLR דיגיטליות. ההשפעה על המאפנן המוצע עצומה. יש לו פוטנציאל להוסיף תלת-ממד לכל חיישן תמונה.

צילום: Andrew Brodhead

מקור: techxplore.com