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超灵敏量子图像传感器“独具慧眼”

导读: 据麦姆斯咨询报道,达特茅斯学院(Dartmouth College)的一个工程师团队开发出一款创新的图像传感器芯片。有朝一日,它可以使您的智能手机摄像头具有超级敏锐的“眼光”,即便是一位超级英雄也会无比羡慕。

超灵敏量子图像传感器“独具慧眼”

这是一张使用一百万像素的量子图像传感器(Quanta Image Sensor,QIS)拍摄的二元单光子照片,总功耗低至17mW

据麦姆斯咨询报道,达特茅斯学院(Dartmouth College)的一个工程师团队开发出一款创新的图像传感器芯片。有朝一日,它可以使您的智能手机摄像头具有超级敏锐的“眼光”,即便是一位超级英雄也会无比羡慕。

该新型图像传感器来自达特茅斯学院Eric Fossum教授及其团队,能够以数千fps帧速和一百万像素分辨率捕获单个光子并进行计数。即使在光线不足的情况下,该传感器也能实现高灵敏度、高质量、易于操作的数字成像、3D成像以及计算机视觉,让成像设备“独具慧眼”。

这不是Eric Fossum教授孕育的第一项成像技术,早在二十五年前,他在美国国家航空航天局喷气推进实验室工作时,就开发出CMOS图像传感器技术。

Eric Fossum教授说:“每年约有40亿颗集成CMOS图像传感器的摄像头被生产出来。CMOS图像传感器将光信号转换为电信号,可以对其进行处理形成数字图像。”

Eric Fossum教授将他的新技术称为量子图像传感器(Quanta Image Sensor,QIS),并将QIS芯片内的最小单元称为“映像点(jots)”,而不是“像素(pixels)”,每个映像点(jots)都可以探测到单个光子。

Eric Fossum教授继续说道:“因为QIS对单个光子敏感,所以它具有令人艳羡的‘视力’,可以在微弱的光线下看到物体。例如,圣诞树上的一颗装饰灯泡,每秒产生的光子数量就高达10^19个,由此可以想想一个光子有多暗淡!”

也有些人开发了其它可以探测单光子的芯片,但是这些芯片通常需要特殊的冷却设备,并且造价昂贵。Eric Fossum教授的QIS芯片可以在室温下工作,使用标准的半导体制造设备,工艺与CMOS图像传感器兼容。因此,该项技术更容易被工业界所采用,并实现大规模量产。

芯片测试表明,在室温和60℃下,QIS芯片的暗电流都非常低。同时,研究人员还对高速单光子成像进行了测试,并展示了一百万像素分辨率、1040 fps的读出速度。未来,他们将使QIS芯片能够以非常快的速度扫描数亿甚至数十亿个映像点(jots)。

超灵敏量子图像传感器“独具慧眼”

QIS技术特点

Eric Fossum教授认为,这项创新技术能够实现高速、高分辨率、精确的光子计数成像,可以满足科研、医疗、太空、安防、弱光成像、增强现实(AR)和虚拟现实(VR)、3D成像等一系列应用的需求。该团队已经成立了一家名为Gigajot Technology的创业公司,以进一步开发QIS技术并将其应用于众多极具前景的应用。

超灵敏量子图像传感器“独具慧眼”

QIS主要应用领域

“这是非常酷的技术!” 新墨西哥桑迪亚国家实验室的微电子工程师Sara Jensen兴奋地说道,“我将该项技术的论文给摄像头领域的专业人士看过,他们都非常感兴趣,所以我认为这项技术有望开启新一代成像浪潮。”

不过,Eric Fossum教授表示,“尽管这项技术激动人心,但是不要指望它能很快进入智能手机中。例如之前我开发的CMOS图像传感器技术,历经20多年才成为主流成像产品。不过,我认为该项新型成像技术——QIS可能处于类似CMOS图像传感器的发展轨道!”

“虽然QIS的应用发展并不会很快,并且CMOS图像传感器技术仍然非常好,但是我很愿意看到新技术能够与自己的老技术进行竞争。正因为看好新技术,所以我们成立了Gigajot Technology公司!” Eric Fossum教授自信满满地说道。

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