斯坦福大学的研究人员希望让数码相机具有更好的深度感知能力

数码相机和智能手机相机拍摄的照片分辨率比以往任何时候都高。然而，这些相机使用一种称为 CMOS 传感器的东西，无法像另一种设备那样感知深度：激光雷达（代表光检测和测距）。

激光雷达传感器向周围环境发射激光脉冲。当这些光波从物体上反射回来并返回到传感器时，它们会提供有关物体距离的信息。这种类型的 3D 成像对于引导无人机、机器人或自动驾驶汽车等机器非常有用。但激光雷达设备体积大、笨重且价格昂贵，更不用说它们需要从头开始构建并针对每种类型的应用进行定制。

斯坦福大学的研究人员希望制造一种低成本的三维传感设备，充分利用这两种技术的最佳特性。本质上，他们从激光雷达传感器中取出一个组件并对其进行修改，使其能够与标准数码相机配合使用，并使其能够测量图像中的距离。一篇详细介绍他们设备的论文于 3 月发表在《自然通讯》杂志上。

在过去的几十年里，CMOS 图像传感器已经变得非常先进、分辨率非常高，而且非常便宜。“问题是 CMOS 图像传感器不知道物体是离一米还是二十米远。唯一的办法是通过间接线索，比如阴影，来判断物体的大小，”斯坦福大学电气工程副教授、论文作者 Amin Arbabian 说。“我们在自动驾驶汽车上看到的先进激光雷达系统仍然很少见。”

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如果有一种方法可以通过配件或附件将 3D 感应功能廉价地添加到 CMOS 传感器上，那么他们就可以在已经使用 CMOS 传感器的地方大规模部署这项技术。解决方案是一个简单的装置，可以放在普通数码相机甚至智能手机相机前面。“捕捉 3D 图像的方式是添加光源，大多数相机中已经存在这种光源，如闪光灯，以及我们发明的调制器，”斯坦福大学电气工程博士生、论文第一作者 Okan Atalar 说。“使用我们的方法，除了亮度和颜色之外，我们还可以感知深度。”

调制器可以改变通过的光波的振幅、频率和强度。斯坦福团队的设备由一个调制器组成，该调制器由涂有电极的铌酸锂晶片制成，夹在两个光学偏振器之间。该设备通过检测入射光的变化来测量距离。

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在他们的测试中，与原型搭配的数码相机以节能的方式捕捉了 400 万像素分辨率的深度图。在证明这一概念在实践中可行后，该团队现在将尝试提高设备的性能。目前，他们的调制器与可以捕捉可见光的传感器配合使用，不过 Atalar 建议他们可能会考虑制作一个也可以与红外摄像机配合使用的版本。

Atalar 设想，这种设备可能在虚拟和增强现实环境中大有裨益，并能改善机器人、无人机和探测车等自主平台上的机载传感。例如，在仓库工作的机器人需要能够了解物体和潜在障碍物的距离，以便安全地四处行走。

“这些 [自主平台] 依靠算法来做出决策 — 其性能取决于来自传感器的基础，”Atalar 说道。“你需要便宜的传感器，但你也需要能够高保真地感知环境的传感器。”