Binóculo de lentes planas promete alavancar computação alternativa

Redação do Site Inovação Tecnológica - 12/08/2024

Esquema da computação espacial aprimorada com metalentes binoculares
[Imagem: Xiaoyuan Liu et al. - 10.29026/oes.2024.230033]

Binóculos de metalentes

Pesquisadores de Hong Kong e do Japão criaram uma espécie de binóculos de metalentes que prometem mudar o jogo nas aplicações de realidade aumentada e realidade virtual.

As metalentes, ou lentes planas, são feitas com metamateriais e metassuperfícies, agindo sobre a luz usando quasipartículas chamadas éxcitons, que têm dimensões várias ordens de grandeza menores do que o comprimento de onda da luz. Com isto, os pesados e grossos aparatos ópticos e lentes de vidro podem ser substituídos por membranas muito finas.

Um sistema binocular de metalentes tem a grande vantagem de coletar dados de profundidade, essencialmente enxergando em 3D, como os olhos humanos. O princípio subjacente a essa aquisição de profundidade em imagens binoculares depende da captura de um par de imagens estéreo com disparidades que possam ser discerníveis pelo sistema - a disparidade representa o deslocamento horizontal entre píxeis correspondentes nas imagens esquerda e direita.

Apesar dos avanços significativos em precisão e velocidade em vários sistemas estéreo binoculares, ninguém havia conseguido implementar um modo simples e rápido de identificar pontos correspondentes em cada imagem para que o cálculo pudesse ser feito e a profundidade determinada.

Xiaoyuan Liu e seus colegas resolveram este problema tratando cada imagem bruta capturada com o que a equipe chamou de rede neural estéreo de correspondência piramidal, ou H-Net, para obter a disparidade. A implementação de um módulo H simétrico permite que a H-Net aloque recursos dinamicamente com base na significância das características contextuais de cada imagem e na correlação entre as visualizações esquerda e direita. Com os resultados de detecção de profundidade, um aprimoramento de borda é realizado para filtrar as informações que descrevem os gradientes do espaço 3D.

Tudo com um mínimo de computação, que pode ser integrada no próprio dispositivo.

Imagens ópticas e de microscopia eletrônica das metalentes (em cima) e resultados da detecção de bordas e profundidades de vários objetos.
[Imagem: Xiaoyuan Liu et al. - 10.29026/oes.2024.230033]

Computação espacial

A inovação pode representar um salto qualitativo para a chamada "computação espacial" (nada a ver com o espaço sideral, mas sim com uma forma de computação não convencional) e para o tão aguardado metaverso, que prometem uma mudança de paradigma no modo como os humanos interagem com as máquinas e computadores.

Os dispositivos comuns de realidade aumentada dependem da computação espacial para perceber a profundidade do mundo físico real para conseguir incorporar objetos virtuais em cenas reais de maneira tridimensional. Ou seja, a capacidade de percepção de profundidade preenche a lacuna entre os mundos físico e digital, de modo a garantir uma interação intuitiva e natural com os objetos virtuais.

No entanto, o peso e o volume dos sistemas tradicionais de detecção de profundidade resultam em desconforto dos sistemas vestíveis de interação humano-computador, que dependem de vários sensores, principalmente câmeras e LiDAR, que também limitam a vida útil da bateria. Mais sério ainda, esses dispositivos não são bons em detectar a profundidade quando os objetos ou a cena não têm uma textura bem definida, o que resulta em uma eficiência que deixa a desejar.

Já o novo sistema baseado em metalentes já nasce miniaturizado e com inteligência integrada - o hardware consiste essencialmente na metalente binocular, em um filtro de 532 nm e um sensor CMOS. Isso facilitará a modelagem precisa de cenas 3D, promovendo assim o desenvolvimento da visão computacional e de outras aplicações, como a navegação e a direção autônomas e a robótica.

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