СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Во многих областях науки и техники существует потребность фиксации быстро протекающих процессов и явлений, зачастую происходящих в условиях недостаточной освещенности. В таких случаях возникает необходимость в использовании высокочувствительных датчиков (сенсоров) изображения. Такие датчики могут быть сконструированы на основе фотонных лавинных диодов, способных фиксировать даже одиночные фотоны. Однако создание датчиков такого типа с высокими характеристиками, в частности с высоким разрешением, сопряжено

с рядом технологических проблем, поскольку они являются более сложными, чем традиционные CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) и CCD (Charge-Coupled Device) датчики. Используя новую схемотехнику, компания Canon создала первый мегапиксельный датчик изображения с фотонным лавинным диодом (Single Photon Avalanche Diode, SPAD). В настоящей статье помимо общих вопросов, связанных с датчиками изображения с фотонным лавинным диодом, рассмотрены конструкция, работа, характеристики, особенности и возможные области применения мегапиксельного датчика SPAD Canon. В частности, обсуждаются методы подсчета фотонов и время пролета, а также динамический диапазон датчика, возможности применения датчиков для получения изображений в инфракрасном диапазоне и перспективы широкого применения датчиков SPAD в ближайшее время.В результате можно отметить, что помимо прямого использования для получения качественных 2D-изображений, быстро протекающих в условиях недостаточного освещения процессов, такой датчик можно применять для съемки в инфракрасном диапазоне, получения объемных 3D-изображений для xReality, измерения расстояния до объектов, получения карты глубины, а также в новых для подобных устройств областях науки и техники, включая, к примеру, квантовые вычисления.

1. Ohta J. Smart CMOS image sensors and applications. – [S. l.]: CRC Press, 2017. – 272 p.

2. Campbell J.C. Recent advances in telecommunications avalanche photodiodes // IEEE Journal of Lightwave Technology. – 2007. – Vol. 25. – P. 109–121. – DOI: 10.1109/JLT.2006.888481.

3. Charbon E. Will avalanche photodiode arrays ever reach 1 megapixel? // Proceedings of International Image Sensor Workshop (IISS 2007). – Ogunquit Maine, USA, 2007. – P. 246–249.

4. Positron emission tomography: basic sciences / D.L. Bailey, D.W. Townsend, P.E. Valk, M.N. Maisey (eds). – London: Springer, 2005. – 382 p. – DOI: 10.1007/b136169.

5. Canon develops world's first 1-megapixel SPAD image sensor // Canon Global: website. – 2020, June 24. – URL: https://global.canon/en/news/2020/20200624.html (accessed: 30.05.2022).

6. Megapixel time-gated SPAD image sensor for 2D and 3D imaging applications / K. Morimoto, A. Ardelean, M.-L. Wu, A. Ulku, I.M. Antolovic, C. Bruschini, E. Charbon // Optica. – 2020. – Vol. 7, iss. 4. – P. 346–354. – DOI: 10.1364/OPTICA.386574.

7. Pavia J.M., Wolf M., Charbon E. Measurement and modeling of microlenses fabricated on single-photon avalanche diode arrays for fill factor recovery // Optics Express. – 2014. – Vol. 22 (4). – P. 4202–4213.

8. Goodie L. Get ready to hear a lot more about 'XR' // Wired: website. – 2019, January 5. – URL: https://www.wired.com/story/what-is-xr (accessed: 30.05.2022).

9. Azuma R.T. A survey of augmented reality // Presence: Teleoperators and Virtual Environments. – 1997. – Vol. 6 (4). – P. 355–385.

10. Milgram P., Kishino A.F. Taxonomy of mixed reality visual displays // IEICE Transactions on Information and Systems. – 1994. – Vol. E77-D, N 12. – P. 1321–1329.

11. Steuer J. Defining virtual reality: dimensions determining telepresence // SRCT Paper. – 1993. – N 104. – P. 1–25.

12. Peterson M. iPhone 12 Pro LiDAR sensor allows for 6x faster low-light autofocus, instant AR // AppleInsider: website. – 2020, October 13. – URL: https://appleinsider.com/articles/20/10/13/iphone-12-pro-lidar-sensor-allows-for-6x-faster-low-light-autofocus-instant-ar (accessed: 30.05.2022).

13. Гаращенко Д. Что такое LiDAR и почему это будущее камер // Rozetked: web-сайт. – 2020, 20 мая. – URL: https://rozetked.me/articles/11175-chto-takoe-lidar (дата обращения: 30.05.2022).

14. Knight J. LiDAR vs. 3D ToF sensors – How Apple is making AR better for smartphones // Gadget Hacks: website. – 2020, January 01. URL: https://ios.gadgethacks.com/news/lidar-vs-3d-tof-sensors-apple-is-making-ar-better-for-smartphones-0280778 (accessed: 30.05.2022).

15. Single-photon avalanche diode imagers in biophotonics: review and outlook / C. Bruschini, H. Homulle, I.M. Antolovic, S. Burri, E. Charbon // Light: Science and Applications. – 2019. – Art. 87. – DOI: 10.1038/s41377-019-0191-5.