Nova tecnologia de smartphone 3D pode mudar a fotografia, dizem especialistas

Seu próximo smartphone pode ter uma câmera que enxerga em três dimensões, abrindo um novo leque de possibilidades para aplicativos que vão do fitness à fotografia.

Pesquisadores da Universidade de Stanford criaram uma nova abordagem que permite que sensores de imagem padrão vejam a luz em 3D. A técnica permitiria que câmeras medissem a distância de objetos e tornassem imagens tridimensionais amplamente disponíveis em smartphones.

“As câmeras 3D existentes precisam de pixels especializados, que são difíceis de realizar em grandes formatos e têm fatores de preenchimento menores devido à eletrônica complexa necessária para capturar 3D nos pixels”, Okan Atalar, doutorando em engenharia elétrica na Universidade de Stanford e o primeiro autor de um novo artigo que descreve o novo sistema, disse ao Digital Trends em uma entrevista. “Nossa abordagem converte sensores 2D padrão e altamente avançados em sensores 3D em vez de construí-los do zero.”

Obtendo uma visão diferente

Atualmente, medir a distância entre objetos com luz só é possível com sistemas lidar especializados e caros – abreviação de “detecção e alcance de luz” – sistemas. Lidar usa um laser que atira em objetos e mede a luz que é refletida. Ele pode dizer a que distância a coisa está, quão rápido está viajando, se está se aproximando ou se afastando e se os caminhos de dois objetos em movimento se cruzarão.

A nova abordagem dos pesquisadores de Stanford pode permitir lidar com resolução de megapixels – um nível que não é possível hoje. Uma resolução mais alta permitiria que o lidar identificasse alvos em um alcance maior.

Uma maneira de adicionar imagens 3D a sensores padrão é adicionar uma fonte de luz e um modulador que liga e desliga a luz milhões de vezes a cada segundo. Ao medir as variações na luz, os engenheiros podem calcular a distância. Os moduladores existentes requerem quantidades impraticavelmente grandes de energia.

A equipe de Stanford resolveu o problema do modulador usando um fenômeno conhecido como ressonância acústica. Os pesquisadores construíram um modulador acústico usando um wafer de niobato de lítio – um cristal transparente altamente desejável por suas propriedades elétricas, auditivas e ópticas – revestido com dois eletrodos transparentes.

O design do novo modulador é simples e se integra a um sistema proposto que usa câmeras prontas para uso, como as de telefones celulares comuns e SLRs digitais. Atalar e seu conselheiro Amin Arbabian , professor associado de engenharia elétrica e autor sênior do projeto, disseram que pode se tornar a base para um novo tipo de lidar compacto, de baixo custo e com eficiência energética, “lidar CMOS padrão”, como eles chamam. , que poderia chegar a drones, rovers extraterrestres e outras aplicações.

“Nossa abordagem também pode funcionar no regime infravermelho”, disse Atalar. “Nenhum sensor de imagem IR pode detectar profundidade sem exigir modificações significativas.”

A Apple inclui lidar em seus atuais modelos iPhone 13 Pro e iPhone 13 Pro Max . A empresa diz que o sistema oferece melhor foco com pouca luz e melhora os efeitos do modo retrato noturno. Os pesquisadores de Stanford disseram que sua solução lidar é mais barata de implementar do que a usada pela Apple e pode ser instalada em uma variedade maior de telefones.

Os dispositivos de digitalização Lidar são usados ​​para determinar a profundidade de uma foto, disse Hans Hansen, CEO da Brand 3D, uma empresa de fotografia 3D, à Digital Trends. Ao mover a câmera ao redor do objeto, as distâncias de vários ângulos podem ser usadas para criar um modelo 3D completo. Há também fotografia estéreo em que várias câmeras são separadas (por exemplo, o módulo de lente de três câmeras nos telefones Apple iPhone Pro) e, em seguida, usam as informações para criar uma imagem espacial de uma cena ou objeto.

“Vimos casos de uso medindo a distância da parede em sua casa e outras medidas espaciais”, disse Sukemasa Kabayama , CEO da Uplift Labs, que usa análise 3D para analisar o desempenho humano usando smartphones, ao Digital Trends. “Embora não sejam câmeras 3D especificamente, essas câmeras de smartphones têm o poder de capturar dados valiosos e produzir visualizações 3D usando vídeo e outros aplicativos.”

Recentemente, pesquisadores do MIT desenvolveram radares de ultra baixa potência que usam tecnologia de radar regular para detectar distâncias de objetos em movimento. Essa tecnologia pode eventualmente ser adequada para fazer um novo tipo de câmera que não seja sensível a problemas de luz, por exemplo, ao digitalizar objetos transparentes.

A revolução 3D

O uso generalizado da tecnologia 3D pode mudar drasticamente a fotografia, dizem os especialistas.

“Com câmeras 3D, você poderia capturar cenas e objetos que as pessoas remotamente poderiam experimentar como se estivessem fisicamente na sala”, disse Hansen. “Isso seria inovador para trabalho remoto, aprendizado e distâncias seguras durante pandemias, bem como para diagnosticar, tratar e reparar funções nos setores de saúde, tecnologia e manufatura”.

Kabayama disse que as imagens 3D coletadas por smartphones podem fornecer análises e aprimoramentos detalhados em vários setores. Uma área em que a tecnologia 3D pode ter impacto é esportes, fitness e bem-estar.

“Se você é um viciado em CrossFit, um golfista de fim de semana ou um ávido entusiasta do Peloton, o risco de lesão física está presente e, para muitos, uma batalha constante”, acrescentou Kabayama. “Atletas profissionais têm acesso à tecnologia 3D que serve como forma de minimizar lesões relacionadas ao desempenho, mas a maioria de nós, atletas comuns, não.”

Kabayama previu que, ao tornar câmeras 3D e análises acessíveis por meio de smartphones, atletas de todos os conjuntos de habilidades poderiam rastrear e analisar seus movimentos para obter análises biomecânicas detalhadas.

“Com a maioria das lesões devido a esforço excessivo, forma inadequada ou outras mecânicas corporais ruins, a imagem 3D pode tornar a identificação de áreas de melhoria – seja forma ou partes do corpo para fortalecer – uma tarefa perfeita”, acrescentou.

Ter uma câmera 3D em seu dispositivo móvel também pode torná-lo mais seguro. Afinal, a segurança baseada em rosto em telefones é tão boa quanto a câmera por trás dele, disse Richard Carriere , vice-presidente sênior e gerente geral da CyberLink, que fabrica tecnologia de reconhecimento facial, em entrevista.

O Face ID, por exemplo, que muitas pessoas usam para obter acesso a contas confidenciais, como contas bancárias móveis, e-mails de trabalho e para pagar via smartphone, é executado no sistema de câmeras TrueDepth da Apple. As câmeras 3D mais avançadas que chegam ao mercado são capazes de capturar leituras de profundidade ainda mais detalhadas, disse Carriere.

“A precisão aprimorada não apenas reduz o número de vezes que a tecnologia não consegue escanear seu rosto corretamente, talvez porque você esteja em um ângulo incomum, mas também protege criticamente contra tentativas de falsificação”, acrescentou Carriere.