Perusahaan Inggris Luncurkan Sensor Citra Dioda Avalanche Foton Tunggal Pertama di Dunia dengan Pemrosesan Foton dalam Chip

Perusahaan semikonduktor yang berbasis di Edinburgh, Singular Photonics, telah meluncurkan Litavis, sebuah sensor citra baru yang dirancang untuk mengintegrasikan penghitungan foton, pengukuran waktu, dan analisis statistik langsung ke dalam satu chip. Perusahaan ini menggambarkan Litavis sebagai sensor dioda avalanche foton tunggal (SPAD) pertama di dunia dengan kemampuan pemrosesan dalam piksel, yang mampu menggabungkan pencitraan, pengukuran waktu, pembuatan histogram, dan statistik foton dalam satu perangkat. Litavis tidak lagi mengirimkan sejumlah besar data foton mentah ke prosesor eksternal, tetapi melakukan beberapa analisis di dalam sensor itu sendiri.

Singular Photonics menyatakan bahwa ini dapat mengurangi kebutuhan transmisi data dan memungkinkan sistem pencitraan dengan latensi lebih rendah dan kinerja lebih tinggi.

Mode Operasi Multifungsi Sensor

SPAD dirancang untuk mendeteksi foton tunggal dan sangat berguna dalam kondisi pencahayaan sangat rendah atau untuk pengukuran waktu kedatangan foton yang tepat. Litavis, dengan sensitivitas ini, memungkinkan konfigurasi perangkat lunak sensor. Perangkat keras yang sama dapat dikonfigurasi ulang untuk tugas pencitraan yang berbeda tanpa perlu mendesain ulang sensor. Mode operasinya termasuk pencitraan penghitungan foton, gerbang waktu yang dapat diprogram, konfigurasi konverter waktu-ke-digital (TDC) yang berbeda, penghitungan foton tunggal terkait waktu (TCSPC), deteksi koinsidensi, dan fungsi yang menggabungkan stempel waktu dan pencitraan. Hal ini membuat sensor tidak hanya dapat menangkap berapa banyak cahaya yang diterima setiap piksel, tetapi juga mendapatkan informasi waktu kedatangan foton dan bagaimana peristiwa tersebut didistribusikan seiring waktu.

Informasi tambahan ini dapat membantu dalam situasi di mana pencitraan berbasis intensitas tradisional tidak mencukupi.

Litavis menggunakan struktur CMOS SPAD dan secara langsung mengintegrasikan pemrosesan foton digital di dalam array piksel. Sensor ini memberikan pencitraan penghitungan foton berkelanjutan 256 × 256 piksel dalam kondisi cahaya rendah. Selain itu, ia dapat menghasilkan peristiwa foton bertanda waktu pada grid makro piksel 64 × 64, memberikan presisi waktu pikodetik, dan dihasilkan bersamaan dengan gambar penghitungan foton resolusi penuh. Perangkat ini juga mendukung pengukuran waktu multi-peristiwa, memungkinkan beberapa foton yang terdeteksi dalam siklus eksitasi masing-masing ditetapkan ke interval waktu. Kemampuan pembuatan histogram bawaannya dapat digunakan untuk menganalisis distribusi statistik peristiwa foton ini.

Menurut Singular Photonics, ini membuka arah baru kemungkinan di luar citra kamera tradisional, termasuk aplikasi dalam pencitraan masa pakai fluoresensi, hamburan cahaya dinamis, dan penginderaan kuantum.

Keuntungan Mengurangi Transmisi Data

Pendekatan ini juga memecahkan masalah praktis yang mungkin menjadi signifikan seiring dengan meningkatnya jumlah data yang dikumpulkan oleh sistem pencitraan. Litavis tidak perlu mentransmisikan setiap peristiwa foton yang terdeteksi ke prosesor lain untuk dianalisis, karena sebagian pemrosesan dilakukan di dalam sensor itu sendiri. Singular Photonics menyatakan bahwa ini dapat mengurangi jumlah data mentah yang perlu ditransfer dalam sistem, sehingga berpotensi meningkatkan latensi dan efisiensi energi, sekaligus memungkinkan pemrosesan waktu nyata yang lebih efektif untuk berkembang.

Potensi Aplikasi yang Fleksibel

Perusahaan ini memposisikan Litavis sebagai platform yang fleksibel, bukan hanya sebagai sensor yang ditujukan untuk aplikasi tertentu. Penggunaan potensial termasuk visi mesin, robotika, kecerdasan buatan fisik, penginderaan mendalam, spektroskopi, pencitraan ilmiah dan medis, teknologi kuantum, serta otomatisasi industri. Arsitektur yang dapat dikonfigurasi secara perangkat lunak ini dirancang untuk memungkinkan pengembang dan integrator sistem menggunakan perangkat keras yang sama untuk mencoba berbagai mode akuisisi data dan pengukuran waktu. Hal ini dapat mengurangi kebutuhan untuk mengembangkan arsitektur sensor independen untuk aplikasi yang berbeda dan mempersingkat siklus pengembangan.

Shahida Imani, CEO Singular Photonics, mengatakan, "Litavis menggabungkan keunggulan sensitivitas teknologi SPAD dengan kebutuhan adaptasi dan skalabilitas yang semakin meningkat dalam pencitraan multimodal modern." Perusahaan menyatakan bahwa mereka telah menerima pesanan yang cukup besar dari perusahaan dan lembaga internasional. Perusahaan berencana untuk memamerkan Litavis di pameran SPIE Sensors + Imaging di Edinburgh dan selanjutnya di pameran VISION di Stuttgart, memberikan kesempatan kepada pengembang untuk melihat fungsi multimodal sensor ini.

Litavis mencoba untuk memindahkan sebagian kecerdasan ke dalam sensor itu sendiri, tidak hanya melihat sensor citra sebagai perangkat sederhana untuk menangkap foton dan meninggalkan semua interpretasi kepada komputer.

Dampak Litavis terhadap Teknologi Sensor Citra

Peluncuran Litavis menandai kemajuan penting dalam teknologi sensor citra, terutama dalam aplikasi dalam kondisi cahaya rendah. Kemampuan pemrosesan foton internalnya tidak hanya meningkatkan efisiensi pencitraan, tetapi juga mengurangi ketergantungan pada prosesor eksternal, yang sangat penting untuk aplikasi yang membutuhkan pemrosesan data waktu nyata. Seiring dengan kemajuan teknologi, desain sensor yang fleksibel ini mungkin akan mengubah pola pengembangan sensor citra tradisional dan mendorong inovasi di berbagai industri, terutama di bidang visi mesin dan teknologi kuantum.