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SPAD感測器突破3D影像記錄速度與解析度 降LiDAR成本
 

【CTIMES/SmartAuto 報導】   2020年04月28日 星期二

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瑞士洛桑聯邦理工學院(EPFL)利用單光子雪崩二極體(single-photon avalanche diode, SPAD)影像感測器開發了一款百萬像素相機,相機可以檢測單個光子,並將其以每秒約1.5億次的速度轉換為電訊號,具有每秒24,000幀(FPS)的幀速率,並具有3.8 ns的時間閘控速度,因此可用於捕獲極快的運動或增加所獲取影像的動態範圍。

光電協進會(PIDA)指出,過去幾年有許多針對CMOS 單光子雪崩二極體及其整合電路的研究,SPAD被看好可取代目前使用的雪崩光電二極體,是解決目前車用光學雷達高成本、高複雜度的重要關鍵元件。

為了提升像素效能,相機的開發人員首先努力將微小的SPAD像素的消耗功率降低至小於1 μW。為了縮小像素尺寸與達到功率要求,研究人員使用了一種回授機制,該機制可以幾乎立即消除由光子檢測觸發的電子雪崩,以此改善了像素的整體效能和可靠性。

PIDA解釋,研究人員使用改良的佈局技術將SPAD感測器更緊密地封裝在一起,以提高感測區域的像素密度,讓相機能夠容納百萬個像素。感測器的陣列尺寸幾乎是其他感測器的4倍,而像素間距也是歷來最小的之一,使得新相機可利用前所未有的速度在微弱的光線下拍攝影像。

然後,研究人員應用積體電路設計技術在大型像素陣列上傳送高速的電氣訊號。該團隊使用所開發的感測器捕捉了2英里內的2D和3D場景,解析度為5.4 mm,精度大於7.8 mm,並展示了相機在雙曝光操作模式下的延伸動態範圍,並以單光子、時間閘控與飛時測距的實驗中完成了空間重疊的多對象檢測。快門速度在百萬像素上僅有3%的變化,這表示已經可以使用量產技術來製造該感測器。藉由將飛時測距資訊與百萬像素的擷取能力相結合,該相機可在極高的速度下重新建構3D圖像。

研究人員表示,該相機能夠捕捉其他成像技術難以測量的複雜場景,例如透過部分透明的窗口觀看到的物體,並且能夠以前所未有的動態範圍拍攝傳統影像。研究人員並計劃進一步改善相機的效能與解析度,同時進一步縮小組件的尺寸,讓相機更適合比如說增強實境(AR)與自駕車的光達系統等應用。

根據團隊發言人指出,對於運輸應用而言,這種新型相機可以透過車上的多個低功率光達來快速擷取周圍環境的高解析3D視圖,達到更高的自駕車等級與安全性,更有甚之,在未來,無論是量子通訊、感測和運算,都用得到具有數百萬像素的SPAD影像感測器。

關鍵字: LiDRA  PIDA 
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