Edinburgh merkezli yarı iletken şirketi Singular Photonics, foton sayımını, zamanlamayı ve istatistiksel analizi doğrudan tek bir çip üzerinde birleştirmek üzere tasarlanan yeni görüntü sensörü Litavis‘i piyasaya sürdü.
Şirket Litavis‘i, görüntüleme, zamanlama, histogram oluşturma ve foton istatistiklerini aynı cihazda birleştirebilen piksel içi işleme yeteneğine sahip, dünyanın ilk tek foton çığ diyot (SPAD) sensörü olarak tanımlıyor.
Litavis, büyük miktarda ham foton verisini harici bir işlemciye göndermek yerine analizin bir bölümünü doğrudan sensörün içinde gerçekleştiriyor. Singular Photonics, bunun veri aktarımı gereksinimlerini azaltabileceğini ve daha düşük gecikmeli, enerji açısından daha verimli görüntüleme sistemleri sağlayabileceğini belirtiyor.
Işığı Ölçmekten Fazlasını Yapabilen Bir Kamera
SPAD’ler tek tek fotonları algılamak üzere tasarlanıyor. Bu özellik onları özellikle son derece düşük ışık seviyelerinde veya fotonların varış zamanlarının hassas biçimde ölçülmesinin önemli olduğu durumlarda kullanışlı hale getiriyor.
Litavis, sensörü yazılımla yapılandırılabilir hale getirerek bu hassasiyeti daha ileri taşıyor. Aynı donanım, yeni bir sensör tasarımına ihtiyaç duymadan farklı görüntüleme görevleri için yeniden yapılandırılabiliyor.
Çalışma modları arasında foton sayımlı görüntüleme, programlanabilir zaman kapılama, birden fazla zaman-dijital dönüştürücü (TDC) yapılandırması, zaman korelasyonlu tek foton sayımı (TCSPC), eşzamanlılık algılama ve zaman damgalama ile görüntülemenin birlikte kullanılması bulunuyor.
Böylelikle sensör yalnızca her piksele ne kadar ışık ulaştığını değil, fotonların ne zaman ulaştığına ve bu olayların zaman içinde nasıl dağıldığına ilişkin bilgileri de yakalayabiliyor. Bu ek bilgiler, yalnızca ışık yoğunluğunu temel alan geleneksel görüntülemenin yeterli olmadığı uygulamalarda yardımcı olabilir.
Foton Olaylarını Doğrudan Çip Üzerinde İşliyor
Litavis, dijital foton işlemenin doğrudan piksel dizisine entegre edildiği bir CMOS SPAD mimarisi kullanıyor. Sensör, düşük ışık koşullarında sürekli 256 × 256 piksel foton sayımlı görüntüleme sağlıyor.
Aynı zamanda 64 × 64 makropiksellik bir ızgara üzerinde zaman damgalı foton olayları oluşturabiliyor ve tam çözünürlüklü foton sayımlı görüntünün yanında pikosaniye çözünürlüğünde zamanlama sunuyor. Cihaz ayrıca çoklu olay zamanlamasını destekliyor. Böylece bir uyarım döngüsü sırasında algılanan birden fazla foton, ayrı ayrı zaman aralıklarına atanabiliyor.
Piksel içi histogram oluşturma özelliği daha sonra bu foton olaylarının istatistiksel dağılımını analiz etmek için kullanılabiliyor. Singular Photonics’e göre bu, geleneksel kamera görüntülerinin ötesine geçerek floresans yaşam süresi görüntüleme, dinamik ışık saçılımı ve kuantum algılamada kullanılan ölçümlere olanak tanıyor.
Söz konusu yaklaşım, görüntüleme sistemleri daha fazla veri topladıkça önem kazanan pratik bir soruna da çözüm getiriyor. Algılanan her foton olayını analiz için başka bir işlemciye aktarmak yerine, işlemenin bir bölümü doğrudan sensörün içinde gerçekleştiriliyor.
Singular Photonics, bunun sistem içinde aktarılması gereken ham veri miktarını azaltabileceğini, böylece gecikmeyi azaltıp enerji verimliliğini artırabileceğini ve gerçek zamanlı işlemenin daha etkili biçimde ölçeklenmesini sağlayabileceğini belirtiyor.
Tek Sensör, Birden Fazla Kullanım Alanı
Şirket Litavis’i belirli tek bir uygulama için tasarlanmış bir sensörden ziyade esnek bir platform olarak konumlandırıyor. Olası kullanım alanları arasında makine görüşü, robotik, fiziksel YZ, derinlik algılama, spektroskopi, bilimsel ve tıbbi görüntüleme, kuantum teknolojileri ve endüstriyel otomasyon bulunuyor.
Yazılımla yapılandırılabilir mimari, geliştiricilerin ve sistem entegratörlerinin aynı donanımı kullanarak farklı veri toplama ve zamanlama modlarını denemesine olanak tanımayı amaçlıyor. Bu da farklı uygulamalar için ayrı sensör mimarileri geliştirme ihtiyacını azaltabilir ve geliştirme sürelerini kısaltabilir.
Singular Photonics CEO’su Shahida Imani, “Litavis, SPAD teknolojisinin hassasiyet avantajlarını modern çok modlu görüntülemenin giderek daha fazla gerektirdiği uyarlanabilirlik ve ölçeklenebilirlikle birleştiriyor.” dedi.
Singular Photonics, uluslararası şirket ve kurumlardan şimdiden önemli miktarda ön sipariş aldığını belirtiyor ve Litavis’i Edinburgh’daki SPIE Sensors + Imaging etkinliğinde, daha sonra da Stuttgart’taki VISION etkinliğinde sergilemeyi planlıyor. Böylece geliştiriciler sensörün çok modlu yeteneklerini çalışırken görme fırsatı bulacak.
Litavis, görüntü sensörünü yalnızca fotonları yakalayan ve tüm yorumlamayı bir bilgisayara bırakan bir cihaz olarak ele almak yerine, bu zekanın bir bölümünü doğrudan sensörün içine taşımayı amaçlıyor.
Kaynak: https://interestingengineering.com/innovation/singular-photonics-litavis-spad-image-sensor
