Neue 3D-Smartphone-Technologie könnte die Fotografie verändern, sagen Experten
Ihr nächstes Smartphone könnte eine Kamera haben, die in drei Dimensionen sieht, was neue Möglichkeiten für Apps eröffnet, die von Fitness bis Fotografie reichen.
Forscher der Stanford University haben einen neuartigen Ansatz entwickelt, der es Standard-Bildsensoren ermöglicht, Licht in 3D zu sehen. Die Technik würde es Kameras ermöglichen, die Entfernung zu Objekten zu messen und dreidimensionale Bilder in Smartphones allgemein verfügbar zu machen.
„Vorhandene 3D-Kameras benötigen spezialisierte Pixel, die in großen Formaten schwer zu realisieren sind und aufgrund der komplexen Elektronik, die zum Erfassen von 3D in den Pixeln erforderlich ist, kleinere Füllfaktoren aufweisen“, sagt Okan Atalar, Doktorand in Elektrotechnik an der Stanford University und der Erste Autor eines neuen Papiers , das das neue System beschreibt, sagte Digital Trends in einem Interview. „Unser Ansatz wandelt Standard- und hochentwickelte 2D-Sensoren in 3D-Sensoren um, anstatt sie von Grund auf neu zu bauen.“
Einen anderen Blick bekommen
Die Entfernungsmessung zwischen Objekten mit Licht ist derzeit nur mit spezialisierten und teuren Lidar-Systemen – kurz für „Light Detection and Ranging“ – möglich. Lidar verwendet einen Laser, der auf Objekte schießt und das zurückgeworfene Licht misst. Es kann erkennen, wie weit das Ding entfernt ist, wie schnell es sich bewegt, ob es sich näher oder weiter entfernt und ob sich die Pfade zweier sich bewegender Objekte kreuzen.
Der neue Ansatz der Stanford-Forscher könnte Lidar mit Megapixel-Auflösung ermöglichen – ein Niveau, das heute nicht möglich ist. Eine höhere Auflösung würde es Lidar ermöglichen, Ziele in größerer Entfernung zu identifizieren.
Eine Möglichkeit, Standardsensoren um 3D-Bildgebung zu erweitern, besteht darin, eine Lichtquelle und einen Modulator hinzuzufügen, der das Licht jede Sekunde millionenfach ein- und ausschaltet. Durch die Messung der Lichtschwankungen können Ingenieure die Entfernung berechnen. Vorhandene Modulatoren erfordern unpraktisch große Leistungsmengen.
Das Stanford-Team löste das Modulatorproblem, indem es ein Phänomen nutzte, das als akustische Resonanz bekannt ist. Die Forscher bauten einen akustischen Modulator aus einem Wafer aus Lithiumniobat – einem transparenten Kristall, der wegen seiner elektrischen, akustischen und optischen Eigenschaften sehr begehrt ist – der mit zwei transparenten Elektroden beschichtet war.
Das Design des neuen Modulators ist einfach und lässt sich in ein vorgeschlagenes System integrieren, das handelsübliche Kameras verwendet, wie sie in alltäglichen Mobiltelefonen und digitalen Spiegelreflexkameras verwendet werden. Atalar und sein Berater Amin Arbabian , außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und leitender Autor des Projekts, sagten, dass es die Grundlage für eine neue Art von kompaktem, kostengünstigem und energieeffizientem Lidar werden könnte, „Standard-CMOS-Lidar“, wie sie es nennen , das seinen Weg in Drohnen, außerirdische Rover und andere Anwendungen finden könnte.
„Unser Ansatz könnte auch im Infrarotbereich funktionieren“, sagte Atalar. „Kein IR-Bildsensor kann Tiefe erkennen, ohne dass erhebliche Modifikationen erforderlich sind.“
Apple integriert Lidar in seine aktuellen Modelle iPhone 13 Pro und iPhone 13 Pro Max . Das Unternehmen sagt, dass das System einen besseren Fokus bei schlechten Lichtverhältnissen bietet und die Effekte im Nachtporträtmodus verbessert. Die Stanford-Forscher sagten, ihre Lidar-Lösung sei kostengünstiger zu implementieren als die von Apple verwendete und könne auf einer breiteren Palette von Telefonen installiert werden.
Lidar-Scanner werden verwendet, um die Tiefe eines Fotos zu bestimmen, sagte Hans Hansen, CEO von Brand 3D, einem Unternehmen für 3D-Fotografie, gegenüber Digital Trends. Durch Bewegen der Kamera um das Objekt herum können die Abstände aus mehreren Winkeln verwendet werden, um ein vollständiges 3D-Modell zu erstellen . Es gibt auch Stereofotografie, bei der mehrere Kameras voneinander entfernt platziert werden (z. B. das Objektivmodul mit drei Kameras auf Apple iPhone Pro-Telefonen) und dann die Informationen verwenden, um ein räumliches Bild einer Szene oder eines Objekts zu erstellen.
„Wir haben Anwendungsfälle aus der Messung des Wandabstands in Ihrem Zuhause und anderen räumlichen Messungen gesehen“, sagte Sukemasa Kabayama , der CEO von Uplift Labs, das 3D-Analysen zur Analyse der menschlichen Leistung mit Smartphones verwendet, gegenüber Digital Trends. „Obwohl dies keine speziellen 3D-Kameras sind, können diese Smartphone-Kameras wertvolle Daten erfassen und mithilfe von Video und anderen Anwendungen 3D-Visualisierungen erstellen.“
Kürzlich haben Forscher des MIT Ultra-Low-Power-Radare entwickelt, die herkömmliche Radartechnologie verwenden, um Entfernungen zu sich bewegenden Objekten zu erkennen. Diese Technologie könnte schließlich geeignet sein, einen neuen Kameratyp herzustellen, der nicht empfindlich auf Lichtprobleme reagiert, z. B. beim Scannen transparenter Objekte.
Die 3D-Revolution
Die weit verbreitete Nutzung der 3D-Technologie könnte die Fotografie dramatisch verändern, sagen Experten.
„Mit 3D-Kameras könnten Sie Szenen und Objekte aufnehmen, die Menschen aus der Ferne so erleben könnten, als wären sie physisch im Raum“, sagte Hansen. „Dies wäre bahnbrechend für das Arbeiten aus der Ferne, das Lernen und für sichere Abstände während Pandemien sowie für die Diagnose, Behandlung und Reparatur von Funktionen im Gesundheitswesen, in der Technologie und im verarbeitenden Gewerbe.“
Kabayama sagte, dass die von Smartphones gesammelten 3D-Bilder detaillierte Analysen und Verbesserungen in verschiedenen Branchen ermöglichen könnten. Ein Bereich, in dem die 3D-Technologie Auswirkungen haben könnte, ist Sport, Fitness und Wellness.
„Ob Sie ein CrossFit-Junkie, Wochenend-Golfer oder begeisterter Peloton-Enthusiast sind, das Risiko körperlicher Verletzungen ist vorhanden und für viele ein ständiger Kampf“, fügte Kabayama hinzu. „Profisportler haben Zugang zu 3D-Technologie, die dazu dient, leistungsbedingte Verletzungen zu minimieren, aber die meisten von uns Alltagssportlern nicht.“
Kabayama sagte voraus, dass Athleten aller Fähigkeiten ihre Bewegungen verfolgen und analysieren könnten, indem sie 3D-Kameras und Analysen über Smartphones zugänglich machen, um detaillierte biomechanische Analysen zu erhalten.
„Bei den meisten Verletzungen aufgrund von Überanstrengung, falscher Form oder anderer schlechter Körpermechanik kann die 3D-Bildgebung das Auffinden von Verbesserungsbereichen – sei es die Form oder zu stärkende Körperteile – zu einer nahtlosen Aufgabe machen“, fügte er hinzu.
Eine 3D-Kamera auf Ihrem mobilen Gerät könnte es auch sicherer machen. Schließlich ist die gesichtsbasierte Sicherheit auf Telefonen nur so gut wie die Kamera dahinter, sagte Richard Carriere , Senior Vice President und General Manager bei CyberLink, das Gesichtserkennungstechnologie herstellt, in einem Interview.
Face ID zum Beispiel, das viele Menschen verwenden, um Zugang zu sensiblen Konten wie mobilen Bankkonten, geschäftlichen E-Mails und zum Bezahlen per Smartphone zu erhalten, läuft auf Apples TrueDepth-Kamerasystem. Die fortschrittlicheren 3D-Kameras, die auf den Markt kommen, sind in der Lage, noch detailliertere Tiefenmessungen zu erfassen, sagte Carriere.
„Die verbesserte Genauigkeit reduziert nicht nur die Anzahl der Male, in denen die Technologie Ihr Gesicht nicht richtig scannt, vielleicht weil Sie sich in einem ungewöhnlichen Winkel befinden, sondern schützt auch entscheidend vor Spoofing-Versuchen“, fügte Carriere hinzu.