【3D圖像】CMOS激光雷達 手機也可拍3D圖像
▲ 如要捕捉3D圖像，必先令CMOS圖像傳感器能從物體的三個維度都看到光，從而測量物體之間的距離。（Stanford University）
差不多一人一部的智能手機，現時大多配備具CMOS圖像傳感器（Image Sensor）的相機鏡頭。但即使鏡頭變得更小更強大，且提供千萬像素的解析度，仍只能捕捉2D平面圖像。
有大學研究出一種創新方法，以低成本、低功耗方式測量3D立體圖像，將來或可應用於智能手機上，提升更多應用程式的功能。
美國史丹福大學（Stanford University）集成納米量子系統實驗室（LINQS）的工程系博士生Okan Atalar表示，現時智能手機和數碼相機的最大限制，是只能捕捉2D圖像；如要捕捉3D圖像，必先令CMOS圖像傳感器能從物體的三個維度都看到光，從而測量物體之間的距離。
鈮酸鋰薄片 製聲學調製器
目前捕捉3D圖像的最常見方法，是採用激光雷達（LiDAR）技術，這在汽車的防撞系統中，經常用來確定物體之間的距離。激光雷達會向物體發射激光並測量反彈回來的光，得知一個物體有多遠、速度有多快，並計算出兩個運動物體的路徑是否會在某個時間點相交。
Okan Atalar指出，激光雷達系統又大又笨重，要應用於相機上的圖像傳感器是不太可能，因此LINQS和史丹福大學電氣工程系的Arbabian Lab合作，通過增加光源和製作調製器（Modulator）來實現以相機測量3D圖像。
然而，要製作適合的調製器是相當困難，因為它需要以非常快的速度來打開和關閉光綫，這動作每秒要達數百萬次。雖然現時的調製器都可做到這一點，但需要很大功耗，應用在日常生活缺乏成本效益。
所幸的是，研究團隊其後透過聲學共振現象（Acoustic Resonance），運用鈮酸鋰（Lithium niobate）薄片製作了一個簡單的聲學調製器，成功解決以上難題。
鈮酸鋰是一種透明晶體，塗有兩個透明電極，具有壓電（Piezoelectric）的特性。當電力通過電極時，其原子結構核心的晶格就會改變形狀，並會以極高速、高可預見性（very predictable）和高可控性（very controllable）的頻率進行震動。當它震動時，鈮酸鋰就會猛烈地調製光綫（Light Modulation），再配合數個偏光板（Polarizers），調製器就能有效地於1秒內將光綫打開和關閉數百萬次。
拓無人機 太空醫療等領域
Okan Atalar表示：「只需改變鈮酸鋰的幾何形狀，就能改變光綫調製的頻率。」透過壓電效應（Piezoelectricity）由晶體產生聲波，並以理想及可調節的方式旋轉光的偏振（Polarization），正是該項目取得成功的關鍵技術。
項目研究顧問兼電子工程副教授Amin Arbabian稱這項技術為「CMOS激光雷達」，他認為調製器設計很簡單，且非常節能，因此可應用於智能手機和數碼單反相機。他認為CMOS激光雷達具有低成本、高效能的特點，將來甚至有望在無人機、太空探測器和醫療保健等領域大派用場。
他又提到，智能手機作為都市人的日常工具，活用3D成像技術也可為健身和運動類的應用程式帶來新的可能性，例如透過追蹤和分析訓練中的運動員動作，獲得具價值的生物力學研究數據，同時也可幫助他們在鍛煉或瑜伽期間糾正姿勢和角度，減少受傷的機率。
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記者：陳卓賢
