新型量子图像传感器将带来低光成像革命

达特茅斯泰尔工程学院的工程师们发明了一种新的成像技术,这项技术可能会彻底改变医学和生命科学研究、安全、摄影、电影摄影和其他依赖于高质量、低光成像的应用。

  6月28日消息,达特茅斯泰尔工程学院的工程师们发明了一种新的成像技术,这项技术可能会彻底改变医学和生命科学研究、安全、摄影、电影摄影和其他依赖于高质量、低光成像的应用。

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这是使用1Megapixel 量子图像传感器以每秒1,040帧的速度拍摄的照片,总功耗低至17mW。它是二进制的单光子图像,因此如果像素被一个或多个光子击中,则为白色;如果不是,则为黑色。图4显示了如何通过对连续拍摄的八帧二进制图像求和来创建灰度图像。在此过程中,可以应用QIS的创新图像处理。

  达特茅斯工程教授、联合发明人埃里克·R·福森(Eric R.Fossum)称,这种下一代光传感技术被称为量子图像传感器(Quanta ImageSensor,简称QIS),能够实现比目前更高灵敏度、更容易操作和更高质量的数字成像,即使在低光环境下也是如此。福森还发明了CMOS图像传感器,这种传感器在当今世界几乎所有的智能手机和相机中都有。

  该研究记录在12月20日出版的光学学会的OSA Optica,新的QIS技术能够可靠地捕获和计数最低水平的光和单光子,分辨率高达100万像素,速度高达每秒数千帧。另外,根据Optica的文章,QIS可以在低光下和室温下,同时使用主流的图像传感器技术来实现这一点。

  这对工业意味着什么?对于电影摄影师,QIS将使IMAX质量的视频在一个容易编辑的数字格式,同时仍然提供电影的许多相同的特点。对于天体物理学家来说,QIS将允许探测和捕获来自太空中遥远物体的更好的信号。而对于生命科学研究人员来说,QIS将在显微镜下提供更好的细胞可视化,这对于确定治疗效果至关重要。

  福森说,在一个商业化、廉价的过程中建立这种新的成像能力是很重要的,因此他和他的团队使之与当今CMOS图像传感器技术的低成本和大规模生产相兼容。他们还使它易于扩展,以获得更高的分辨率,每片芯片多达数亿像素。

  据研究人员的说法,QIS平台技术是独一无二的,因为传感器包括:由研究小组命名的“ Jots”,其像素非常小,其灵敏度足以检测单个光子,以及超快速扫描记录。

  通过这种组合,QIS从每一个光子或光的粒子捕获数据,从而实现极高质量、易于操作的数字成像,以及计算机视觉和三维传感,即使在低光条件下也是如此。

  研究人员表明,虽然目前的QIS分辨率是100万像素,但该团队的目标是让QIS包含数亿到数十亿个这样的记录,所有这些记录都以非常快的速度扫描。

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