如今，数码相机和智能手机相机能够拍出分辨率前所未有的照片。然而，这些使用所谓的CMOS传感器的相机，无法像另一种设备那样感知深度：激光雷达（LiDAR），即光探测和测距。
激光雷达传感器向周围环境发射激光脉冲。当这些光波从物体上反弹回来并回到传感器时，它们会提供关于物体距离的信息。这种三维成像对于控制无人机、机器人或自动驾驶汽车等机器非常有用。但激光雷达设备体积大、笨重且昂贵，更不用说它们需要从头开始制造，并为每种应用进行定制了。
斯坦福大学的研究人员希望构建一种低成本的三维传感设备，该设备能够利用这两种技术的优势。本质上，他们从激光雷达传感器中提取了一个组件，并对其进行了修改，使其能够与标准的数码相机配合使用，赋予其在图像中测量距离的能力。一篇详细介绍他们设备的论文于3月发表在《自然·通讯》杂志上。
在过去的几十年里，CMOS图像传感器变得非常先进、分辨率极高且价格低廉。“问题是CMOS图像传感器不知道某个物体距离一米还是二十米。理解这一点的方法是间接的线索，比如阴影，以及推断物体的尺寸，”斯坦福大学电气工程副教授、该论文的作者之一Amin Arbabian说。“我们在自动驾驶汽车上看到的先进激光雷达系统仍然是小批量生产的。”
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如果有一种方法可以廉价地通过CMOS传感器的附件或附加设备来增加3D传感能力，那么这项技术就可以在CMOS传感器已经普及的地方大规模部署。解决方案是一个简单的装置，可以放在普通数码相机甚至智能手机相机的前面。“我们如何实现3D捕捉，是通过添加一个光源（大多数相机已经有闪光灯作为光源），以及我们发明的调制器，”斯坦福大学电气工程博士生、该论文的第一作者Okan Atalar说。“通过我们的方法，除了亮度和颜色之外，我们还可以感知深度。”
调制器可以改变通过它们的光波的振幅、频率和强度。斯坦福大学团队的设备由一片锂铌酸锂晶圆组成，上面涂有电极，并夹在两个偏振片之间。该设备通过检测入射光的变化来测量距离。
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在他们的测试中，一台数码相机与他们的原型机配对，以节能的方式捕获了四百万像素分辨率的深度图。在实际演示了概念可行性后，该团队现在将致力于提高设备的性能。目前，他们的调制器可以与捕获可见光传感器的设备一起工作，尽管Atalar建议他们可能会考虑制造一个版本，使其能够与红外相机一起工作。
Atalar设想，该设备可能有助于虚拟现实和增强现实领域，并能改进机器人、无人机和探测器等自主平台的车载传感能力。例如，一台在仓库工作的机器人需要能够理解物体和潜在障碍物的距离，以便安全地导航。
“这些[自主平台]依赖算法来做决策——性能取决于来自传感器的基础数据，”Atalar说。“你想要廉价的传感器，但你也想要感知环境高保真的传感器。”
