- Litavis es el primer sensor de diodo de avalancha de fotón único (SPAD) con capacidad de procesamiento a nivel de píxel.
- El sensor reduce la necesidad de transferencia de datos, logrando sistemas de imagen con menor latencia y mayor rendimiento.
- Litavis admite múltiples modos de operación, pudiendo capturar el tiempo de llegada de los fotones y la información de la distribución de eventos.
- La flexibilidad del sensor lo hace adecuado para varios campos, incluyendo la visión por máquina y la tecnología cuántica.
La empresa de semiconductores Singular Photonics, con sede en Edimburgo, ha lanzado Litavis, un nuevo sensor de imagen diseñado para integrar el conteo de fotones, la medición del tiempo y el análisis estadístico directamente en un solo chip. La compañía describe a Litavis como el primer sensor de diodo de avalancha de fotón único (SPAD) con capacidad de procesamiento a nivel de píxel, capaz de combinar la formación de imágenes, la medición del tiempo, la generación de histogramas y la estadística de fotones en un solo dispositivo. Litavis ya no envía grandes cantidades de datos de fotones brutos a un procesador externo, sino que realiza parte del análisis dentro del sensor.
Singular Photonics afirma que esto reduce la necesidad de transferencia de datos y permite sistemas de imagen con menor latencia y mayor rendimiento.
Modos de operación versátiles del sensor
El SPAD está diseñado para detectar fotones individuales y es particularmente útil en entornos de muy baja iluminación o para medir con precisión el tiempo de llegada de los fotones. Litavis, basándose en esta sensibilidad, permite la reconfiguración por software del sensor. El mismo hardware puede ser reconfigurado para diferentes tareas de imagen sin necesidad de rediseñar el sensor. Sus modos de operación incluyen imagen por conteo de fotones, compuerta de tiempo programable, diferentes configuraciones de convertidores de tiempo a digital (TDC), conteo de fotones individuales correlacionados en el tiempo (TCSPC), detección de coincidencias y funciones que combinan marcas de tiempo con imágenes. Esto permite que el sensor no solo capture cuántos fotones recibe cada píxel, sino que también obtenga información sobre el tiempo de llegada de los fotones y cómo se distribuyen los eventos a lo largo del tiempo.
Esta información adicional puede ayudar en situaciones donde la imagen basada en la intensidad tradicional no es suficiente.
Litavis utiliza una estructura CMOS SPAD e integra directamente el procesamiento digital de fotones dentro de la matriz de píxeles. El sensor proporciona imagen de conteo de fotones continua de 256 × 256 píxeles en condiciones de poca luz. Además, puede generar eventos de fotones con marcas de tiempo en una cuadrícula de macro-píxeles de 64 × 64, ofreciendo precisión a nivel de picosegundos, y lo hace simultáneamente con la imagen de conteo de fotones de resolución completa. El dispositivo también admite la temporización de múltiples eventos, permitiendo que múltiples fotones detectados dentro de un ciclo de excitación se asignen a intervalos de tiempo. Su capacidad de generación de histogramas integrada se puede utilizar para analizar la distribución estadística de estos eventos de fotones.
Según Singular Photonics, esto abre nuevas posibilidades más allá de la imagen de cámara tradicional, incluyendo aplicaciones en imágenes de vida útil de fluorescencia, dispersión dinámica de luz y detección cuántica.
Ventajas de la reducción en la transferencia de datos
Este enfoque también aborda un problema práctico que puede volverse significativo a medida que los sistemas de imagen recopilan más datos. Litavis no necesita transmitir cada evento de fotón detectado a otro procesador para su análisis, ya que parte del procesamiento se realiza dentro del sensor. Singular Photonics afirma que esto puede reducir la cantidad de datos brutos que deben transferirse en el sistema, lo que potencialmente mejora la latencia y la eficiencia energética, al tiempo que permite que el procesamiento en tiempo real se escale de manera más efectiva.
Potencial para aplicaciones flexibles
La compañía posiciona a Litavis como una plataforma flexible, en lugar de un sensor diseñado para una aplicación específica. Los usos potenciales incluyen visión por máquina, robótica, inteligencia artificial física, percepción de profundidad, espectroscopia, imágenes científicas y médicas, tecnología cuántica e automatización industrial. Su arquitectura configurable por software está diseñada para permitir que los desarrolladores y los integradores de sistemas utilicen el mismo hardware para experimentar con diferentes modos de adquisición de datos y temporización. Esto podría reducir la necesidad de desarrollar arquitecturas de sensores independientes para diferentes aplicaciones y acortar los ciclos de desarrollo.
Shahida Imani, directora ejecutiva de Singular Photonics, dijo: "Litavis combina las ventajas de sensibilidad de la tecnología SPAD con la adaptabilidad y la escalabilidad que exige la imagen multimodal moderna". La compañía afirma que ha recibido pedidos considerables de empresas e instituciones internacionales. La empresa planea mostrar Litavis en la exposición SPIE Sensors + Imaging en Edimburgo y en la exposición VISION en Stuttgart, brindando a los desarrolladores la oportunidad de ver el funcionamiento de las capacidades multimodales del sensor.
Litavis intenta trasladar parte de la inteligencia al interior del sensor, en lugar de verlo simplemente como un dispositivo que captura fotones y deja toda la interpretación a la computadora.
El impacto de Litavis en la tecnología de sensores de imagen
El lanzamiento de Litavis marca un avance importante en la tecnología de sensores de imagen, especialmente en aplicaciones de baja iluminación. Su capacidad de procesamiento de fotones internos no solo mejora la eficiencia de la imagen, sino que también reduce la dependencia de procesadores externos, lo cual es crucial para aplicaciones que requieren procesamiento de datos en tiempo real. A medida que avanza la tecnología, este diseño flexible de sensores podría cambiar el modelo tradicional de desarrollo de sensores de imagen, fomentando la innovación en diversas industrias, particularmente en áreas como la visión por máquina y la tecnología cuántica.