- Litavis 是全球首款具備像素內處理能力的單光子雪崩二極體感應器。
- 該感應器可減少數據傳輸需求，實現更低延遲及更高效能的成像系統。
- Litavis 支持多種運行模式，能捕捉光子到達時間及事件分佈資訊。
- 該感應器的靈活性使其適用於多個領域，包括機器視覺和量子技術。
位於愛丁堡的半導體公司 Singular Photonics 推出了 Litavis，這是一款新型影像感應器，旨在將光子計數、時間測量及統計分析直接整合於單一晶片上。該公司形容 Litavis 為全球首款具備像素內處理能力的單光子雪崩二極體（SPAD）感應器，能夠在同一裝置上結合成像、時間測量、直方圖生成及光子統計。Litavis 不再將大量原始光子數據傳送至外部處理器，而是在感應器內部執行部分分析。
Singular Photonics 表示，這樣可減少數據傳輸需求，並實現更低延遲及更高效能的成像系統。
感應器的多功能運行模式
SPAD 設計用於檢測單個光子，在極低光照環境或精確測量光子到達時間時特別有用。Litavis 在這一靈敏度基礎上，實現了感應器的軟件配置。相同硬體可根據不同成像任務進行重新配置，而無需重新設計感應器。其運行模式包括光子計數成像、可編程時間閘、不同時間數位轉換器（TDC）配置、時間相關單光子計數（TCSPC）、重合檢測及結合時間戳和成像的功能。這使得感應器不僅能捕捉每個像素接收到多少光，還能獲取光子到達的時間及事件如何隨時間分佈的資訊。
這些額外資訊可幫助應用於傳統強度基礎成像不足以解決的情境。
Litavis 採用 CMOS SPAD 結構，並在像素陣列內部直接集成數位光子處理。該感應器在低光條件下提供連續 256 × 256 像素的光子計數成像。同時，它能在 64 × 64 的宏像素網格上生成帶時間戳的光子事件，提供皮秒級的時間精度，並與全解析度的光子計數圖像同時生成。該裝置還支持多事件計時，允許在激發週期內檢測到的多個光子各自分配至時間區間。其內置的直方圖生成能力可用於分析這些光子事件的統計分佈。
根據 Singular Photonics 的說法，這為超越傳統相機影像的可能性開啟了新方向，包括在螢光壽命成像、動態光散射及量子感測中的應用。
減少數據傳輸的優勢
這一方法還解決了一個隨著成像系統收集更多數據而可能變得顯著的實際問題。Litavis 不必將每個檢測到的光子事件傳輸到另一個處理器進行分析，部分處理在感應器內部完成。Singular Photonics 表示，這可以減少系統中需要轉移的原始數據量，從而潛在提高延遲和能效，同時使得實時處理能更有效地擴展。
靈活應用的潛力
該公司將 Litavis 定位為一個靈活的平台，而非僅針對某一特定應用的感應器。潛在的用途包括機器視覺、機器人技術、物理人工智能、深度感測、光譜學、科學及醫療成像、量子技術以及工業自動化。其軟件可配置的架構旨在讓開發者及系統集成商使用相同硬體，嘗試不同的數據獲取和計時模式。這或可減少為不同應用開發獨立感應器架構的需求，並縮短開發週期。
Singular Photonics 的首席執行官 Shahida Imani 表示：「Litavis 結合了 SPAD 技術的靈敏度優勢，以及現代多模態成像日益要求的適應性和可擴展性。」該公司表示，已從國際上的公司及機構獲得了相當可觀的預訂。公司計劃在愛丁堡的 SPIE Sensors + Imaging 展會上展示 Litavis，並在斯圖加特的 VISION 展會上進一步展示，讓開發者有機會看到該感應器的多模態功能運作。
Litavis 嘗試將一些智能轉移至感應器內部，而不僅僅將影像感應器視為一個簡單捕捉光子的裝置，並將所有解釋留給計算機。
Litavis 對影像感測技術的影響
Litavis 的推出標誌著影像感測技術的一次重要進步，特別是在低光環境下的應用。其內部光子處理能力不僅提升了成像效率，還減少了對外部處理器的依賴，這對於需要即時數據處理的應用尤為重要。隨著科技不斷進步，這種靈活的感應器設計可能會改變傳統影像感測器的開發模式，促進各行各業的創新，尤其是在機器視覺和量子技術等領域。