超靈敏量子圖像傳感器“獨(dú)具慧眼”

　　據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，達(dá)特茅斯學(xué)院(Dartmouth College)的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)開發(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(jī)攝像頭具有超級敏銳的“眼光”，即便是一位超級英雄也會無比羨慕。

　　該新型圖像傳感器來自達(dá)特茅斯學(xué)院Eric Fossum教授及其團(tuán)隊(duì)，能夠以數(shù)千fps幀速和一百萬像素分辨率捕獲單個(gè)光子并進(jìn)行計(jì)數(shù)。即使在光線不足的情況下，該傳感器也能實(shí)現(xiàn)高靈敏度、高質(zhì)量、易于操作的數(shù)字成像、3D成像以及計(jì)算機(jī)視覺，讓成像設(shè)備“獨(dú)具慧眼”。

　　這不是Eric Fossum教授孕育的第一項(xiàng)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(yàn)室工作時(shí)，就開發(fā)出CMOS圖像傳感器技術(shù)。

　　這是一張使用一百萬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：“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。CMOS圖像傳感器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，可以對其進(jìn)行處理形成數(shù)字圖像。”

　　Eric Fossum教授將他的新技術(shù)稱為量子圖像傳感器(Quanta Image Sensor，QIS)，并將QIS芯片內(nèi)的最小單元稱為“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(xù)說道：“因?yàn)镼IS對單個(gè)光子敏感，所以它具有令人艷羨的‘視力’，可以在微弱的光線下看到物體。例如，圣誕樹上的一顆裝飾燈泡，每秒產(chǎn)生的光子數(shù)量就高達(dá)10^19個(gè)，由此可以想想一個(gè)光子有多暗淡!”

　　也有些人開發(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(shè)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(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造設(shè)備，工藝與CMOS圖像傳感器兼容。因此，該項(xiàng)技術(shù)更容易被工業(yè)界所采用，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)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，并展示了一百萬像素分辨率、1040 fps的讀出速度。未來，他們將使QIS芯片能夠以非常快的速度掃描數(shù)億甚至數(shù)十億個(gè)映像點(diǎn)(jots)。

　　QIS技術(shù)特點(diǎn)

　　Eric Fossum教授認(rèn)為，這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高分辨率、精確的光子計(jì)數(shù)成像，可以滿足科研、醫(yī)療、太空、安防、弱光成像、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、3D成像等一系列應(yīng)用的需求。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成立了一家名為Gigajot Technology的創(chuàng)業(yè)公司，以進(jìn)一步開發(fā)QIS技術(shù)并將其應(yīng)用于眾多極具前景的應(yīng)用。

　　QIS主要應(yīng)用領(lǐng)域

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

　　不過，Eric Fossum教授表示，“盡管這項(xiàng)技術(shù)激動人心，但是不要指望它能很快進(jìn)入智能手機(jī)中。例如之前我開發(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，我認(rèn)為該項(xiàng)新型成像技術(shù)——QIS可能處于類似CMOS圖像傳感器的發(fā)展軌道!”

　　“雖然QIS的應(yīng)用發(fā)展并不會很快，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?yàn)榭春眯录夹g(shù)，所以我們成立了Gigajot Technology公司!” Eric Fossum教授自信滿滿地說道。