Este dispositivo permite que las cámaras digitales perciban la profundidad

Las cámaras digitales y de teléfonos inteligentes pueden tomar fotografías con mejor resolución que nunca. Sin embargo, estas cámaras, que usan algo llamado sensores CMOS, no pueden percibir la profundidad de la misma manera que otro tipo de dispositivo: lidar, que significa detección de luz y alcance.

Los sensores Lidar emiten pulsos de luz láser en el entorno circundante. Cuando estas ondas de luz rebotan en los objetos y regresan al sensor, brindan información sobre qué tan lejos está el objeto. Este tipo de imágenes en 3D es útil para dirigir máquinas como drones, robots o vehículos autónomos. Pero los dispositivos Lidar son grandes, voluminosos y costosos, sin mencionar que deben construirse desde cero y personalizarse para cada tipo de aplicación.

Investigadores de la Universidad de Stanford querían construir un dispositivo de detección tridimensional de bajo costo que aprovechara las mejores características de ambas tecnologías. En esencia, tomaron un componente de los sensores Lidar y lo modificaron para que pudiera funcionar con una cámara digital estándar y darle la capacidad de medir la distancia en las imágenes. Un artículo que detalla su dispositivo fue publicado en la revista. Comunicaciones de la naturaleza en marzo.

En las últimas décadas, los sensores de imagen CMOS se han vuelto muy avanzados, de muy alta resolución y muy baratos. “El problema es que los sensores de imagen CMOS no saben si algo está a un metro o 20 metros de distancia. La única forma de entender eso es mediante señales indirectas, como sombras, descubriendo el tamaño del objeto”, dice amin árabe

, profesor asociado de ingeniería eléctrica en Stanford y autor del artículo. “Los sistemas Lidar avanzados que vemos en los autos autónomos siguen siendo de bajo volumen”.

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Los investigadores de Stanford quieren dar a las cámaras digitales una mejor percepción de la profundidad
Okan Atalar colocando el prototipo de detección frente a una cámara digital. Andrew Brodhead/Universidad de Stanford

Si hubiera una forma económica de agregar capacidades de detección 3D a través de un accesorio o un accesorio a un sensor CMOS, entonces podrían implementar esta tecnología a escala en lugares donde ya se utilizan sensores CMOS. La solución viene en forma de un artilugio simple que se puede colocar frente a una cámara digital normal o incluso la cámara de un teléfono inteligente. “La forma en que capturas en 3D es agregando una fuente de luz, que ya está presente en la mayoría de las cámaras como el flash, y también moduladores que inventamos”, dice Okan Atalar, candidato a doctorado en ingeniería eléctrica en Stanford y primer autor de el papel. “Usando nuestro enfoque, además del brillo y los colores, también podemos percibir la profundidad”.

Los moduladores pueden alterar la amplitud, frecuencia e intensidad de las ondas de luz que pasan a través de ellos. El dispositivo del equipo de Stanford consiste en un modulador hecho de una oblea de niobato de litio recubierta con electrodos que se intercala entre dos polarizadores ópticos. El dispositivo mide la distancia detectando variaciones en la luz entrante.

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En sus pruebas, una cámara digital emparejada con su prototipo capturó mapas de profundidad de resolución de cuatro megapíxeles de una manera eficiente en energía. Habiendo demostrado que el concepto funciona en la práctica, el equipo ahora intentará mejorar el rendimiento del dispositivo. Actualmente, su modulador funciona con sensores que pueden capturar la luz visible, aunque Atalar sugiere que podrían considerar hacer una versión que también funcione con cámaras infrarrojas.

Atalar imagina que este dispositivo podría ser útil en entornos de realidad virtual y aumentada, y podría mejorar la detección a bordo en plataformas autónomas como robots, drones y rovers. Por ejemplo, un robot que trabaja en un almacén debe poder comprender qué tan lejos están los objetos y los posibles obstáculos para navegar de manera segura.

“Estos [autonomous platforms] dependen de algoritmos para tomar decisiones; el rendimiento depende de la base que proviene de los sensores”, dice Atalar. “Quieres sensores baratos, pero también quieres sensores que tengan alta fidelidad en la percepción del entorno”.

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