超靈敏量子圖像傳感器“獨具慧眼”

　　據麥姆斯咨詢(xún)報道，達特茅斯學(xué)院(Dartmouth College)的一個(gè)工程師團隊開(kāi)發(fā)出一款創(chuàng )新的圖像傳感器芯片。有朝一日，它可以使您的智能手機攝像頭具有超級敏銳的“眼光”，即便是一位超級英雄也會(huì )無(wú)比羨慕。

　　該新型圖像傳感器來(lái)自達特茅斯學(xué)院Eric Fossum教授及其團隊，能夠以數千fps幀速和一百萬(wàn)像素分辨率捕獲單個(gè)光子并進(jìn)行計數。即使在光線(xiàn)不足的情況下，該傳感器也能實(shí)現高靈敏度、高質(zhì)量、易于操作的數字成像、3D成像以及計算機視覺(jué)，讓成像設備“獨具慧眼”。

　　這不是Eric Fossum教授孕育的第一項成像技術(shù)，早在二十五年前，他在美國國家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗室工作時(shí)，就開(kāi)發(fā)出CMOS圖像傳感器技術(shù)。

　　這是一張使用一百萬(wàn)像素的量子圖像傳感器(Quanta Image Sensor，QIS)拍攝的二元單光子照片，總功耗低至17mW

　　Eric Fossum教授說(shuō)：“每年約有40億顆集成CMOS圖像傳感器的攝像頭被生產(chǎn)出來(lái)。CMOS圖像傳感器將光信號轉換為電信號，可以對其進(jìn)行處理形成數字圖像。”

　　Eric Fossum教授將他的新技術(shù)稱(chēng)為量子圖像傳感器(Quanta Image Sensor，QIS)，并將QIS芯片內的最小單元稱(chēng)為“映像點(diǎn)(jots)”，而不是“像素(pixels)”，每個(gè)映像點(diǎn)(jots)都可以探測到單個(gè)光子。

　　Eric Fossum教授繼續說(shuō)道：“因為QIS對單個(gè)光子敏感，所以它具有令人艷羨的‘視力’，可以在微弱的光線(xiàn)下看到物體。例如，圣誕樹(shù)上的一顆裝飾燈泡，每秒產(chǎn)生的光子數量就高達10^19個(gè)，由此可以想想一個(gè)光子有多暗淡!”

　　也有些人開(kāi)發(fā)了其它可以探測單光子的芯片，但是這些芯片通常需要特殊的冷卻設備，并且造價(jià)昂貴。Eric Fossum教授的QIS芯片可以在室溫下工作，使用標準的半導體制造設備，工藝與CMOS圖像傳感器兼容。因此，該項技術(shù)更容易被工業(yè)界所采用，并實(shí)現大規模量產(chǎn)。

　　芯片測試表明，在室溫和60℃下，QIS芯片的暗電流都非常低。同時(shí)，研究人員還對高速單光子成像進(jìn)行了測試，并展示了一百萬(wàn)像素分辨率、1040 fps的讀出速度。未來(lái)，他們將使QIS芯片能夠以非?？斓乃俣葤呙钄祪|甚至數十億個(gè)映像點(diǎn)(jots)。

　　QIS技術(shù)特點(diǎn)

　　Eric Fossum教授認為，這項創(chuàng )新技術(shù)能夠實(shí)現高速、高分辨率、精確的光子計數成像，可以滿(mǎn)足科研、醫療、太空、安防、弱光成像、增強現實(shí)(AR)和虛擬現實(shí)(VR)、3D成像等一系列應用的需求。該團隊已經(jīng)成立了一家名為Gigajot Technology的創(chuàng )業(yè)公司，以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)QIS技術(shù)并將其應用于眾多極具前景的應用。

　　QIS主要應用領(lǐng)域

　　“這是非?？岬募夹g(shù)!” 新墨西哥桑迪亞國家實(shí)驗室的微電子工程師Sara Jensen興奮地說(shuō)道，“我將該項技術(shù)的論文給攝像頭領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人士看過(guò)，他們都非常感興趣，所以我認為這項技術(shù)有望開(kāi)啟新一代成像浪潮。”

　　不過(guò)，Eric Fossum教授表示，“盡管這項技術(shù)激動(dòng)人心，但是不要指望它能很快進(jìn)入智能手機中。例如之前我開(kāi)發(fā)的CMOS圖像傳感器技術(shù)，歷經(jīng)20多年才成為主流成像產(chǎn)品。不過(guò)，我認為該項新型成像技術(shù)——QIS可能處于類(lèi)似CMOS圖像傳感器的發(fā)展軌道!”

　　“雖然QIS的應用發(fā)展并不會(huì )很快，并且CMOS圖像傳感器技術(shù)仍然非常好，但是我很愿意看到新技術(shù)能夠與自己的老技術(shù)進(jìn)行競爭。正因為看好新技術(shù)，所以我們成立了Gigajot Technology公司!” Eric Fossum教授自信滿(mǎn)滿(mǎn)地說(shuō)道。