超靈敏量子圖像傳感器“獨具慧眼”

　　據麥姆斯咨詢報道，達特茅斯學院(Dartmouth College)的一個工程師團隊開發出一款創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無比羨慕。

　　該新型圖像傳感器來自達特茅斯學院Eric Fossum教授及其團隊，能夠以數千fps幀速和一百萬像素分辨率捕獲單個光子并進行計數。即使在光線不足的情況下，該傳感器也能實現高靈敏度、高質量、易于操作的數字成像、3D成像以及計算機視覺，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，早在二十五年前，他在美國國家航空航天局噴氣推進實驗室工作時，就開發出CMOS圖像傳感器技術。

　　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出來。CMOS圖像傳感器將光信號轉換為電信號，可以對其進行處理形成數字圖像。”

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

　　Eric Fossum教授繼續說道：“因為QIS對單個光子敏感，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，每秒產生的光子數量就高達10^19個，由此可以想想一個光子有多暗淡!”

　　也有些人開發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，該項技術更容易被工業界所采用，并實現大規模量產。

　　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，研究人員還對高速單光子成像進行了測試，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億甚至數十億個映像點(jots)。

　　QIS技術特點

　　Eric Fossum教授認為，這項創新技術能夠實現高速、高分辨率、精確的光子計數成像，可以滿足科研、醫療、太空、安防、弱光成像、增強現實(AR)和虛擬現實(VR)、3D成像等一系列應用的需求。該團隊已經成立了一家名為Gigajot Technology的創業公司，以進一步開發QIS技術并將其應用于眾多極具前景的應用。

　　QIS主要應用領域

　　“這是非常酷的技術!” 新墨西哥桑迪亞國家實驗室的微電子工程師Sara Jensen興奮地說道，“我將該項技術的論文給攝像頭領域的專業人士看過，他們都非常感興趣，所以我認為這項技術有望開啟新一代成像浪潮。”

　　不過，Eric Fossum教授表示，“盡管這項技術激動人心，但是不要指望它能很快進入智能手機中。例如之前我開發的CMOS圖像傳感器技術，歷經20多年才成為主流成像產品。不過，我認為該項新型成像技術——QIS可能處于類似CMOS圖像傳感器的發展軌道!”

　　“雖然QIS的應用發展并不會很快，并且CMOS圖像傳感器技術仍然非常好，但是我很愿意看到新技術能夠與自己的老技術進行競爭。正因為看好新技術，所以我們成立了Gigajot Technology公司!” Eric Fossum教授自信滿滿地說道。