佳能开拓出环球首款100万像素SPAD图像传感器，合用XR等3D情形感知应用

据麦姆斯咨询报道，日本佳能（Canon）公司克日公布开拓出了天下上第一款具有信号放大像素的100万像素单光子雪崩二极管（SPAD）图像传感器。SPAD图像传感器可以在极短的时刻内捕获并成像静态图像和动态视频，是2D相机等应用的抱负选择。同时，SPAD图像传感器可以或许捕获与被摄体之间的间隔信息作为成像数据，因此，SAPD传感器在3D成像规模也有庞大的应用潜力。

佳能100万像素SPAD图像传感器（原型）

SPAD传感器可以或许探测最薄弱的光，可达光子量级程度的能量。这首要归功于电子在高压加快到高速时发生的雪崩效应。

即在雪崩光电二极管的p-n结上施加一个很是高的反向偏压，使结区发生很强的电场，当光照射到p-n结时所引发的光生载流子进入结区后，在强电场中会受到加快而得到足够的动能，在高速行为中与晶格产生碰撞，使晶格中的原子产生电离。通过碰撞电离发生的电子空穴对称为二次电子空穴对。

新发生的电子空穴对在强电场下又被加快，得到足够的能量再次与晶格碰撞，发生新的电子空穴对，这个进程不绝来去，使p-n结内载流子敏捷增进，电流随之急剧增多，这种征象成为雪崩效应。这种从单光子发生载流子倍增效应的手段，在图像捕获时可以提供更高的迅速度，和更高的间隔丈量精度。

佳能100万像素时刻门控SPAD图像传感器架构，芯片显微图和像素阵列放大视图

这款SPAD图像传感器由佳能和瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）连系开拓，降服了恒久以来的高像素数困难。通过应用新的电路技能，这款SPAD图像传感器回收了一种被称为光子计数的要领实现了100万像素的数字图像判别率。

另外，该传感器还回收了全局快门，可以同时节制每个像素的曝光。曝光时刻收缩至3.8纳秒，从而实现清楚无失真的图像捕获。另外，该传感器可以或许支持高达每秒24000帧（FPS）1位输出，从而可以或许在极短的时刻内实现快速行为的慢举措捕获。得益于其对整个变乱或场景的风雅细节捕获手段，这项技能具有普及的用途和应用潜力，譬喻对化学回响举办清楚、安详、一连的回响说明，探测雷击等天然征象，物体坠落，攻击损伤，以及其余肉眼无法准确调查的变乱等。这款100万像素SPAD传感器还具有高达100皮秒的时刻判别率，使其可以或许以超高精度探测光子达到像素的准确时刻。操作该特征，这款SPAD传感器可以或许实现准确的航行时刻间隔丈量。

更重要的是，借助100万像素的高判别率和高速图像捕获，它还可以或许在多个工具重叠的环境下，准确地举办3D间隔丈量，很是合用于自动驾驶汽车、扩揭示实（xR——加强实际AR、殽杂实际MR、假造实际VR）等装备的3D情形感知应用。佳能公司开拓的这款SPAD图像传感器，使深度信息捕获3D相机到达了100万像素的判别率，有望使这类可以充当高机能呆板人“眼睛”的3D相机敏捷扩大应用。瞻望将来，佳能将继承推进其创新的图像传感器技能，进一步拓展呆板视觉手段，通过高精度的信息捕获敦促科学和家产的成长，为尚未试探的规模成长作出孝顺

SPAD传感器

SPAD传感器是一种非凡设置的传感器，在其每个像素内安排了一个二极管。每一个二极管在吸取到一个入射的光子时，都能将这个光子转酿成载流子的“雪崩效应”，从而发生一个大的电脉冲信号。这种从单光子发生雪崩倍增效应的手段，在图像捕获时可以提供更高的迅速度，和更高的间隔丈量精度。

CMOS传感器和SPAD传感器的像素布局比拟

SPAD传感器按照其计数的脉冲数输出信号。尽量SPAD传感器可以或许探测单个光子，但其每个像素都必要本身的存储器或计数器，而且单个光子发生雪崩倍增效应必要高电压，因此必要具有足够绝缘手段的耐高压布局。这些要求不行停止地导致了更大的像素，因此，小型化和高像素数迄今一向难以实现。不外，连年三维堆叠技能有了长足的成长，这从头振兴了该规模的研发事变。连年来，SPAD传感器已经在现有的各类器件和装备中得到了普及应用。譬喻，智妙手机操作SPAD的靠近传感器可以确定装备与周围物体之间的间隔；而在医学规模，SPAD传感器还被用于辐射检测以诊断早期癌症，如正电子发射断层扫描（PET）。业界对SPAD传感器在更普及技能规模的应用寄予厚望，包罗自动驾驶激光雷达（LiDAR）传感器、扩揭示实（xR）装备、呆板人视觉和监控、空间试探、生物成像、光通讯和量子计较等。

光子计数

在物理学中，光子计数是指光学传感器对光的最小单元——光子举办计数，从而确定信号光的强度和时刻漫衍等参数信息。传统的光电探测器通过电流和电压检测模仿信号。而光子计数要领是将光信号视为离散的数字信号。将光视为数字信号，可以消除电子噪声的滋扰，实现对薄弱信号的高精度检测。另外，团结专用的处理赏罚电路，光子计数不只可以准确地检测光子数目，并且还可以准确的检测光子的探测时刻。

传统光电探测器与光子计数道理

航行时刻（ToF）丈量

（编辑：湖南网）

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