Singular Photonics 的新型传感器可对单个光子进行计数，并直接在芯片上处理其时间信息。

总部位于爱丁堡的半导体公司 Singular Photonics 推出了 Litavis，这是一款新型图像传感器，旨在将光子计数、时间测量和统计分析直接集成到单颗芯片上。

该公司将 Litavis 描述为全球首款具备像素内处理能力的单光子雪崩二极管（SPAD）传感器，能够在同一器件上结合成像、计时、直方图统计和光子统计。

Litavis 不会将大量原始光子数据发送到外部处理器，而是在传感器本身内部完成部分分析。Singular Photonics 表示，这可以减少数据传输需求，并实现更低延迟、更节能的成像系统。

一台不止于测量光的相机

SPAD 旨在检测单个光子，因此在极低光照水平或需要精确测量光子到达时间时特别有用。

Litavis 通过让传感器可软件配置，进一步发挥了这种灵敏度优势。同一硬件可以为不同成像任务重新配置，而无需重新设计传感器。

其工作模式包括光子计数成像、可编程时间门控、多种时间数字转换器（TDC）配置、时间相关单光子计数（TCSPC）、符合探测，以及时间戳与成像组合。

这使传感器不仅能捕获到达每个像素的光量，还能捕获光子何时到达以及这些事件如何随时间分布的信息。对于传统基于强度的成像不够用的应用，这些额外信息会有所帮助。

在芯片上处理光子事件

Litavis 采用 CMOS SPAD 架构，将数字光子处理直接集成在像素阵列内。该传感器可在低光条件下提供连续的 256 × 256 像素光子计数成像。

同时，它可以在 64 × 64 宏像素网格上生成带时间戳的光子事件，在提供全分辨率光子计数图像的同时，提供皮秒分辨率的时间测量。该器件还支持多事件计时，使一个激发周期内检测到的多个光子能够分别分配到不同时间区间。

据 Singular Photonics 称，其像素内直方图统计能力随后可用于分析这些光子事件的统计分布。这开辟了超越传统相机图像的可能性，包括用于荧光寿命成像、动态光散射和量子传感的测量。

这种方法还解决了一个实际问题：随着成像系统收集的数据越来越多，该问题可能变得非常突出。它不会将每个检测到的光子事件都传输到另一个处理器进行分析，而是在传感器内部完成部分处理。

Singular Photonics 表示，这可以减少需要在系统中传输的原始数据量，有可能改善延迟和能效，同时让实时处理更有效地扩展。

一个传感器，多种应用

该公司将 Litavis 定位为一个灵活平台，而非围绕某一特定应用设计的传感器。潜在用途包括机器视觉、机器人、物理 AI、深度感知、光谱学、科学和医学成像、量子技术以及工业自动化。

这种可软件配置的架构旨在让开发者和系统集成商使用同一硬件试验不同的采集和计时模式。这可以减少为不同应用开发独立传感器架构的需求，并缩短开发周期。

Singular Photonics 首席执行官 Shahida Imani 表示：“Litavis 将 SPAD 技术的灵敏度优势与现代多模态成像日益需要的适应性和可扩展性结合在一起。”

Singular Photonics 表示，已收到来自国际公司和机构的大量预订单。该公司计划在爱丁堡举行的 SPIE Sensors + Imaging 上展示 Litavis，随后在斯图加特的 VISION 展会上展示，让开发者有机会看到该传感器多模态能力在实际运行中的表现。

Litavis 没有将图像传感器视为仅负责捕获光子、而把所有解读都留给计算机的器件，而是尝试将部分智能移入传感器本身。

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