La nuova tecnologia per smartphone 3D potrebbe cambiare la fotografia, affermano gli esperti

Il tuo prossimo smartphone potrebbe avere una fotocamera che vede in tre dimensioni, aprendo una nuova gamma di possibilità per le app che vanno dal fitness alla fotografia.

I ricercatori della Stanford University hanno creato un nuovo approccio che consente ai sensori di immagine standard di vedere la luce in 3D. La tecnica consentirebbe alle fotocamere di misurare la distanza dagli oggetti e rendere ampiamente disponibile l’imaging tridimensionale negli smartphone.

“Le fotocamere 3D esistenti necessitano di pixel specializzati, che sono difficili da realizzare in grandi formati e hanno fattori di riempimento più piccoli a causa della complessa elettronica richiesta per catturare il 3D nei pixel”, Okan Atalar, dottorando in ingegneria elettrica presso la Stanford University e primo autore di un nuovo documento che descrive il nuovo sistema, ha detto a Digital Trends in un’intervista. “Il nostro approccio converte sensori 2D standard e altamente avanzati in sensori 3D invece di costruirli da zero”.

Ottenere una visione diversa

Misurare la distanza tra oggetti con la luce è attualmente possibile solo con sistemi lidar specializzati e costosi, abbreviazione di “rilevamento e rilevamento della luce”. Lidar utilizza un laser che spara agli oggetti e misura la luce che rimbalza. Può dire quanto è lontana la cosa, quanto velocemente viaggia, se si sta avvicinando o allontanando e se i percorsi di due oggetti in movimento si intersecheranno.

Il nuovo approccio dei ricercatori di Stanford potrebbe consentire il lidar con risoluzione megapixel, un livello che oggi non è possibile. Una risoluzione più elevata consentirebbe a lidar di identificare bersagli a una distanza maggiore.

Un modo per aggiungere l’imaging 3D ai sensori standard consiste nell’aggiungere una sorgente luminosa e un modulatore che accende e spegne la luce milioni di volte al secondo. Misurando le variazioni della luce, gli ingegneri possono calcolare la distanza. I modulatori esistenti richiedono quantità di potenza poco praticabili.

Il team di Stanford ha risolto il problema del modulatore utilizzando un fenomeno noto come risonanza acustica. I ricercatori hanno costruito un modulatore acustico utilizzando un wafer di niobato di litio, un cristallo trasparente altamente desiderabile per le sue proprietà elettriche, uditive e ottiche, rivestito con due elettrodi trasparenti.

Il design del nuovo modulatore è semplice e si integra in un sistema proposto che utilizza fotocamere standard, come quelle dei telefoni cellulari di tutti i giorni e delle reflex digitali. Atalar e il suo consulente Amin Arbabian , professore associato di ingegneria elettrica e autore senior del progetto, hanno affermato che potrebbe diventare la base per un nuovo tipo di lidar compatto, a basso costo ed efficiente dal punto di vista energetico: “lidar CMOS standard”, come chiamano it – che potrebbe trovare la sua strada in droni, rover extraterrestri e altre applicazioni.

“Il nostro approccio potrebbe funzionare anche nel regime degli infrarossi”, ha affermato Atalar. “Nessun sensore di immagine IR può rilevare la profondità senza richiedere modifiche significative”.

Apple include lidar sui suoi attuali modelli di iPhone 13 Pro e iPhone 13 Pro Max . La società afferma che il sistema offre una migliore messa a fuoco in condizioni di scarsa illuminazione e migliora gli effetti della modalità ritratto notturno. I ricercatori di Stanford hanno affermato che la loro soluzione lidar è meno costosa da implementare rispetto a quella utilizzata da Apple e potrebbe essere installata su una gamma più ampia di telefoni.

I dispositivi di scansione Lidar vengono utilizzati per determinare la profondità di una foto, ha detto a Digital Trends Hans Hansen, CEO di Brand 3D, una società di fotografia 3D. Spostando la telecamera attorno all’oggetto, è possibile utilizzare le distanze da più angolazioni per creare un modello 3D completo. C’è anche la fotografia stereo in cui più fotocamere vengono poste a parte (ad esempio il modulo con 3 obiettivi della fotocamera sui telefoni Apple iPhone Pro) e quindi utilizzano le informazioni per creare un’immagine spaziale di una scena o di un oggetto.

“Abbiamo visto casi d’uso dalla misurazione della distanza del muro nella tua casa e altre misurazioni spaziali”, ha detto in un’intervista Sukemasa Kabayama , CEO di Uplift Labs, che utilizza l’analisi 3D per analizzare le prestazioni umane utilizzando gli smartphone. “Sebbene non si tratti di fotocamere 3D in particolare, queste fotocamere per smartphone hanno il potere di acquisire dati preziosi e produrre visualizzazioni 3D utilizzando video e altre applicazioni”.

Di recente, i ricercatori del MIT hanno sviluppato radar a bassissima potenza che utilizzano la normale tecnologia radar per rilevare le distanze degli oggetti in movimento. Questa tecnologia potrebbe eventualmente essere adatta per realizzare un nuovo tipo di fotocamera che non sarebbe sensibile ai problemi di luce, ad esempio durante la scansione di oggetti trasparenti.

La rivoluzione 3D

L’uso diffuso della tecnologia 3D potrebbe cambiare radicalmente la fotografia, affermano gli esperti.

“Con le telecamere 3D, saresti in grado di catturare scene e oggetti che le persone potrebbero sperimentare a distanza come se fossero fisicamente nella stanza”, ha affermato Hansen. “Questo sarebbe rivoluzionario per il lavoro a distanza, l’apprendimento e le distanze di sicurezza durante le pandemie, nonché per la diagnosi, il trattamento e la riparazione delle funzioni nei settori sanitario, tecnologico e manifatturiero”.

Kabayama ha affermato che l’imaging 3D raccolto dagli smartphone potrebbe fornire analisi dettagliate e miglioramenti in vari settori. Un’area in cui la tecnologia 3D potrebbe avere un impatto è lo sport, il fitness e il benessere.

“Che tu sia un drogato di CrossFit, un giocatore di golf del fine settimana o un appassionato appassionato di Peloton, il rischio di lesioni fisiche è presente e per molti una battaglia costante”, ha aggiunto Kabayama. “Gli atleti professionisti hanno accesso alla tecnologia 3D che serve come un modo per ridurre al minimo gli infortuni legati alle prestazioni, ma la maggior parte di noi atleti di tutti i giorni non lo fa”.

Kabayama ha previsto che rendendo accessibili le telecamere 3D e le analisi tramite smartphone, gli atleti di tutte le abilità potrebbero tracciare e analizzare i loro movimenti per ottenere analisi biomeccaniche dettagliate.

“Con la maggior parte delle lesioni dovute a sforzo eccessivo, forma impropria o altri meccanismi del corpo scadenti, l’imaging 3D può rendere l’individuazione delle aree di miglioramento, sia che si tratti di una forma o di parti del corpo da rafforzare, un compito senza soluzione di continuità”, ha aggiunto.

Avere una fotocamera 3D sul tuo dispositivo mobile potrebbe anche renderlo più sicuro. Dopotutto, la sicurezza basata sui volti sui telefoni è buona quanto la fotocamera dietro di essa, ha affermato in un’intervista Richard Carriere , vicepresidente senior e direttore generale di CyberLink, che produce tecnologia di riconoscimento facciale.

Face ID, ad esempio, che molte persone usano per accedere a conti sensibili come conti bancari mobili, e-mail di lavoro e per pagare tramite smartphone, funziona con il sistema di telecamere TrueDepth di Apple. Le fotocamere 3D più avanzate in arrivo sul mercato sono in grado di acquisire letture di profondità ancora più dettagliate, ha affermato Carriere.

“La migliore precisione non solo riduce il numero di volte in cui la tecnologia non riesce a scansionare correttamente il tuo viso, forse perché sei ad un’angolazione insolita, ma protegge anche in modo critico dai tentativi di spoofing”, ha aggiunto Carriere.