Створена камера, вміє "вважати фотони" і забезпечує захоплення 3D-зображень з рекордною швидкістю і роздільною здатністю

Apr 28 7:00 2020 Друк цієї статті

Матриця цієї камери здатна реєструвати поодинокі фотони з безпрецедентною швидкістю, що використовується для високошвидкісного захоплення 3D-зображень і, за рахунок цього, така камера є ідеальним варіантом для побудови систем доповненої реальності, систем лазерних сканерів LiDAR і т. п.

Нова камера може захоплювати тривимірні зображення зі швидкістю до 24 тисяч кадрів в секунду, для порівняння, швидкість запису стандартного відео для кіно і телебачення становить від 24 до 30 кадрів в секунду. Крім цього, вченим вдалося зробити самий маленький SPAD-піксель і за рахунок деяких хитрощів знизити кількість споживаної ним енергії до 1 мікровата.

Зазначимо, що створення нової камери є результатом 15-річної роботи фахівців лабораторії AQUALab, які пройшли довгий шлях від створення перших SPAD-детекторів, що володіли досить посередніми характеристиками, до сучасних детекторів, які мають дуже малі розміри і здатних реєструвати поодинокі фотони зі швидкістю до 150 мільйонів фотонів в секунду. Така висока швидкість роботи затвора камери дозволяє збільшити її динамічний діапазон і захоплювати за її допомогою дуже швидкі рухи.

Малий габарит одного пікселя нової камери і приголомшлива швидкість її роботи стали можливими завдяки впровадженню механізму зворотного зв'язку, який практично миттєво пригнічує лавину електронів, викликаних падінням фотона на датчик. А велика щільність пікселів на матриці камери була отримана за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення, яке в напівавтоматичному режимі дозволило знайти найоптимальніший метод розташування пікселів на поверхні матриці і провідників, по яких передаються сигнали від цих пікселів. Крім цього, вчені продемонстрували, що параметри окремих пікселів матриці, виготовленої за допомогою самих звичайних виробничих технологій, різняться не більше, ніж на 3 відсотки, що є цілком задовільною величиною.

Швейцарські дослідники вже використали нову камеру для того, щоб виміряти час польоту фотонів, які випромінюють лазером і відображених знімається об'єктом. Більш того, дуже широкий динамічний діапазон нової камери дозволив провести зйомку в умовах, коли інші методи не працюють, приміром, зйомку досить віддалених об'єктів через частково прозоре вікно.

У майбутньому дослідники збираються збільшити роздільну здатність камери, її здатності по вимірюванню часу реєстрації фотонів і миниатюризировать деякі з компонентів, що використання цієї камери в самих різних областях стане практичним справою відразу з декількох точок зору.