.: Novedades
Canon FIRST 1-Megapixel SPAD Sensor
Canon Successfully Develops the …
MELVILLE, NY, May 31, 2021–
AR, VR, vehículos sin conductor, velocidades de disparo ultra altas de fotogramas por segundo, robots automatizados... la
revolución de TI ha ampliado en gran medida los límites de lo que es posible. Uno de los componentes clave que cambiarán la
sociedad tal como la conocemos es el "sensor", un dispositivo que cambia la luz en señales electrónicas, llamando la atención
de los observadores de la industria de todo el mundo. En Junio de 2020 Canon anunció que había desarrollado con éxito el primer
sensor de imagen de diodo de avalanchas de fotón único (SPAD) de 1 megapíxeles del mundo.
Los sensores SPAD son un tipo de sensor de imagen. El término "sensor de imagen" probablemente trae a la mente los sensores
CMOS que se encuentran en las cámaras digitales, pero los sensores SPAD operan con diferentes principios.
Ambos tanto los sensores SPAD como los CMOS aprovechan el hecho de que la luz está formada por partículas. Sin embargo, con
los sensores CMOS, cada píxel mide la cantidad de luz que llega al píxel dentro de un tiempo determinado, mientras que los sensores
SPAD miden cada partícula de luz individual (es decir, fotón) que llega al píxel. Cada fotón que entra en el píxel se convierte
inmediatamente en una carga eléctrica, y los electrones que resultan finalmente se multiplican como una avalancha hasta que forman
una gran carga de señal que se puede extraer.
Los sensores CMOS leen la luz como señales eléctricas midiendo el volumen de luz que se acumula en un píxel dentro de un cierto
período de tiempo, lo que hace posible que el ruido entre en el píxel junto con las partículas de luz (fotones), contaminando así la
información recibida. Mientras tanto, los sensores SPAD cuentan digitalmente las partículas de fotones individuales, lo que dificulta la
entrada de ruido electrónico. Esto permite obtener una imagen clara.
Hasta hace poco, se consideraba difícil crear un sensor SPAD de alto número de píxeles. En cada píxel, el sitio de detección (área de
superficie disponible para detectar la luz entrante como señales) ya era pequeño. Hacer que los píxeles sean más pequeños para que
se puedan incorporar más píxeles en el sensor de imagen haría que los sitios de detección se volvieran aún más pequeños, lo que a su
vez resultaría en muy poca luz entrando en el sensor, lo que también sería un gran problema.
Específicamente, en los sensores SPAD convencionales, las demandas estructurales hicieron necesario dejar algo de espacio entre los
diferentes sitios de detección en los píxeles vecinos. La relación de apertura, que indica la proporción de luz que entra en cada píxel, por
lo tanto, se reduciría junto con el tamaño del píxel, lo que dificultaría la detección de la carga de la señal.
De todas maneras, Canon ha incorporado un Diseño Estructural del cual es propietario, utilizando tecnologías cultivadas a través de la
utilización comercial de sensores CMOS. Este Diseño mantiene un rate de Apertura del 100% a pesar del tamaño del pixel, haciendo
posible capturar toda la luz entrante sin ninguna pérdida, aún Si el número de pixeles se incrementase. El resultado fue un logro sin
precedentes de un Sensor SPAD de 1,000,000 de pixeles.
El sensor SPAD que Canon desarrolló tiene una resolución de tiempo tan precisa como 1000 picosegundos2, lo que permite un
procesamiento de información extremadamente rápido. Esto hace posible la captura del movimiento de objetos que se mueven
extremadamente rápido, como las partículas de luz. El sensor también puede utilizar su función de “respuesta de alta velocidad” para
realizar mediciones de distancia de alta precisión, incluidas las mediciones de distancia tridimensionales.
Mientras que el método de Time-Of-Flight (ToF), que implica dirigir la luz a un sujeto y medir el tiempo necesario para que se refleje de
nuevo en el sensor, permite mediciones precisas de la distancia, este método no se pudo utilizar porque la velocidad extremadamente
rápida de la luz requería un sensor de luz capaz de una respuesta extrema de alta velocidad. El sensor SPAD de Canon puede detectar
la luz que devuelve en unidades de nanosegundos3 o menos, logrando lo que los sensores de luz anteriores no podían, lo que hace que
las mediciones de ToF sean una realidad.
El sensor SPAD que Canon ha desarrollado también está equipado con un obturador global que
puede capturar videos de sujetos en movimiento rápido mientras mantiene sus formas precisas
y sin distorsión. A diferencia del método de obturador rodante que expone mediante la activación
de las filas consecutivas de píxeles de un sensor una tras otra, el sensor SPAD controla la
exposición en todos los píxeles al mismo tiempo, reduciendo el tiempo de exposición a tan solo 3,8
nanosegundos3 y logrando una velocidad de fotogramas ultra alta de hasta 24.000 fotogramas por
segundo (FPS) en salida de 1 bit. Esto permite al sensor capturar videos en cámara lenta de
fenómenos que ocurren en marcos de tiempo extremadamente cortos y que antes eran imposibles
de capturar.
Tales fenómenos incluyen fenómenos naturales instantáneos o reacciones químicas que antes no
podían ser capturadas con precisión, o el daño que se produce a los objetos cuando caen o chocan
con otra cosa. Hay muchas aplicaciones potenciales para un sensor de imagen que permite la captura
detallada de tales eventos, incluida una mayor comprensión de los fenómenos naturales y evaluar la
seguridad y durabilidad del producto. Al hacer posible la medición de distancia a través del método ToF,
el sensor SPAD de Canon permite la captura de imágenes de ultra alta velocidad a una alta resolución
de 1 megapíxel. Esto facilita la medición precisa de la distancia tridimensional, incluso en escenarios
complejos donde varios sujetos se superponen.
En los campos de AR (realidad aumentada) y VR (realidad virtual), que implican superponer imágenes
virtuales sobre otras reales, poder utilizar el sensor SPAD para obtener rápidamente información espacial
tridimensional precisa permite una alineación más precisa de las posiciones en tiempo real. También hay
grandes expectativas para la aplicación de sensores SPAD en la resolución de uno de los mayores desafíos
en el diseño de vehículos sin conductor: la medición de las distancias entre un vehículo y las personas y
objetos en sus inmediaciones.
El exitoso desarrollo del sensor de imagen SPAD de 1 megapíxeles de Canon también significa que las
cámaras 3D capaces de reconocer información de profundidad ahora pueden hacerlo a una resolución de
hasta 1 megapíxel. Una aplicación muy esperada de esta capacidad es en los "ojos" de alto rendimiento de
robots y dispositivos en los que la sociedad confiará en el futuro.
Pero antes de esto, se consideraba poco probable que una resolución de 1 megapíxel en una cámara 3D
pudiera lograrse de manera realista.
Los esfuerzos de investigación y desarrollo de Canon aumentan la posibilidad de que servicios y productos
aún desconocidos que muchas personas nunca hubieran soñado, aun sostiene el potencial del gran impacto,
tal vez algún día se haga realidad.
Fuente: Canon Global