新研究为传统相机引入了紧凑且节能的3D特性

斯坦福大学的一支研究团队，刚刚携手集成纳米量子系统实验室（LINQS）和 ArbabianLab，设计了一种为传统相机引入 3D 特性的新方法。研究一作、该校电气工程专业博士生 Okan Atalar 指出：“当前激光雷达（LiDAR）系统又大又笨重，如你想要某天在数百万架无人机或轻型机器人车辆上使用该功能，就需要努力缩减其尺寸、降低能耗、并努力提升性能”。

这套新颖的激光雷达原型系统，能够生成百万像素分辨率的深度图。

有鉴于此，研究团队打造了一款相当紧凑的设备，并且让它变得更加节能（LiDAR 因其使用的组件尺寸 / 数量而可能消耗过多电力），因而很适合集成到日常使用的手机 / 数码单反 / 无人机中。

研究重点在于声学共振现象，且论文中介绍了铌酸锂薄晶片的使用。得益于优异的电、声、光学特性，这种材料可谓相当完美。

研究配图 - 1：发晶圆的正确声模

铌酸锂涂有两个透明电极，以作为简单的声调制器。从技术上讲，在给电机通电时，其振动将以非常可预测和可控的频率而有效地发生。

然后通过对光进行调制，添加的几个偏振器可实现每秒数百万次的开闭。这一过程必不可少，因为它也是将 3D 成像功能添加到标准传感器的已知方法之一。

与激光雷达一样，该过程将有效地帮助测量光线的变化并计算距离。对照系统中的现有调制方案，普遍消耗了过高的能源。但新研究展示了可在小型相机中引入 3D 成像功能的潜在途径。

研究配图 - 2：调制器的实验特性

研究人员指出，这项技术可为将来的“标准 CMOS 激光雷达”奠定基础（CMOS 图像传感器已普遍用于智能机）。此外晶片和电极的几何形状，可用于定义或微调光的频率，但这种声学方法更加节能。

研究人员已在实验室内构建了基于市售数码相机的激光雷达原型系统，报告称其能够生成百万像素分辨率的深度图，且光学调制器仅消耗少量的功率、甚至不到论文中介绍的方案的 1/10 。

研究配图 - 3：基于调制器 / 标准相机的 ToF 成像

若后续发展顺利，新技术将为智能手机市场开辟新的可能，甚至彻底改变专业相机、无人机、平板、笔记本电脑等便携式消费电子设备的使用方式。

比如通过捕获图像中的更多细节，百万像素分辨率的激光雷达系统能够在一定范围内更有效地识别目标。如此一来，自动驾驶汽车能够在相当远的距离外分辨行人与骑手，从而实现更好的碰撞预警和规避交通事故。

有关这项研究的详情，已发表于近日出版的《Nature Communications》上，原标题为《Longitudinal piezoelectric resonant photoelastic modulator for efficient intensity modulation at megahertz frequencies》。