Камера, умеющая считать фотоны

01.05.2020

Исследователи из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) создали первую в своем роде мегапиксельную камеру, матрица которой построена на базе детекторов единичных фотонов на основе лавинных диодов (single-photon avalanche diodes, SPAD). Матрица этой камеры способна регистрировать единичные фотоны с беспрецедентной скоростью, что используется для высокоскоростного захвата 3D-изображений и, за счет этого, такая камера является идеальным вариантом для построения систем дополненной реальности, систем лазерных сканеров LiDAR и т.п.

Новая камера может захватывать трехмерные изображения со скоростью до 24 тысяч кадров в секунду, для сравнения, скорость записи стандартного видео для кино и телевидения составляет от 24 до 30 кадров в секунду. Кроме этого, ученым удалось сделать самый маленький SPAD-пиксель и за счет некоторых уловок снизить количество потребляемой им энергии до 1 микроватта.

Отметим, что создание новой камеры является результатом 15-летней работы специалистов лаборатории AQUALab, которые прошли долгий путь от создания первых SPAD-детекторов, обладавших весьма посредственными характеристиками, до современных детекторов, имеющих очень малые размеры и способных регистрировать единичные фотоны со скоростью до 150 миллионов фотонов в секунду. Такая высокая скорость "работы затвора камеры" позволяет увеличить ее динамический диапазон и захватывать при ее помощи очень быстрые движения.

Малый габарит одного пикселя новой камеры и потрясающая скорость ее работы стали возможными благодаря внедрению механизма обратной связи, который практически моментально подавляет лавину электронов, вызванных падением фотона на датчик. А большая плотность пикселей на матрице камеры была получена при помощи специализированного программного обеспечения, которое в полуавтоматическом режиме позволило найти самый оптимальный метод расположения пикселей на поверхности матрицы и проводников, по которым передаются сигналы от этих пикселей. Кроме этого, ученые продемонстрировали, что параметры отдельных пикселей матрицы, изготовленной при помощи самых обычных производственных технологий, различаются не более, чем на 3 процента, что является вполне удовлетворительной величиной.

Швейцарские исследователи уже использовали новую камеру для того, чтобы измерить время полета фотонов, излученных лазером и отраженных снимаемым объектом. Более того, очень широкий динамический диапазон новой камеры позволил произвести съемку в условиях, когда другие методы попросту не работают, к примеру, съемку достаточно удаленных объектов через частично прозрачное окно.

<< Назад: Доказан смертельный вред от электронных сигарет 02.05.2020

>> Вперед: Светящиеся растения 01.05.2020

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Звуки капель ускоряют прорастание на 30% 20.05.2026

Растения обладают удивительной чувствительностью к окружающему миру, и новые исследования показывают, что они способны воспринимать даже звуки. Ученые обнаружили, что семена риса ускоряют свое прорастание, реагируя на шум дождя. Этот механизм помогает растениям лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и может играть важную роль в их выживании. В ходе экспериментов исследователи записывали звуки дождя разной интенсивности. Оказалось, что падение капель создает значительное звуковое давление - сравнимое с тем, которое фиксируют на небольшом расстоянии от двигателей реактивных самолетов. Хотя такие звуки находятся за пределами человеческого слуха и плохо передаются из воды в воздух, они вполне способны влиять на семена, находящиеся под тонким слоем воды или почвы. Ученые провели серию опытов с посевным рисом, который традиционно высевают в увлажненную почву или под слой воды. Семена помещали в лужи глубиной 2,5-3 сантиметра и воспроизводили звуки дождя. Небол ...>>

Volkswagen ID. Polo GTI 20.05.2026

Volkswagen продолжает развивать легендарную линейку GTI, перенося ее дух в эпоху электромобилей. Компания официально представила ID. Polo GTI - первый полностью электрический "горячий" хэтчбек, который сочетает в себе современные технологии и фирменный драйверский характер моделей GTI, история которых началась еще в 1976 году с первого Golf GTI. Премьера новинки прошла во время знаменитой 24-часовой гонки на Нюрбургринге. Электромотор на передней оси развивает 222 л.с. (166 кВт) и выдает 290 Нм крутящего момента. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает 6,8 секунды. Хотя динамика не претендует на звание рекордной в классе, Volkswagen сделал акцент на точной управляемости и узнаваемом "GTI-настроении". Для этого автомобиль оснастили блокировкой переднего дифференциала, адаптивной спортивной подвеской DCC и прогрессивным рулевым управлением. ID. Polo GTI использует ту же батарею емкостью 52 кВтч с химией NMC, что и обычная версия модели. Запас хода по циклу WLTP достигает 424 км. Поддержива ...>>

Коты охотнее разговаривают с мужчинами 19.05.2026

Домашние кошки всегда считались довольно сдержанными и избирательными в проявлении эмоций. Однако новое исследование показало, что наши пушистые питомцы гораздо активнее используют голос при общении с мужчинами, чем с женщинами. Это открытие помогает глубже понять особенности кошачьего поведения и природу их отношений с человеком. Ученые из Университета Анкары проанализировали реакцию 31 домашнего кота. Владельцы записывали на видео поведение животных в первые минуты после возвращения домой, стараясь вести себя максимально естественно. Результаты оказались весьма примечательными: в среднем за первые 100 секунд после прихода мужчины коты издавали 4,3 различных вокализации - мяуканье, мурлыканье или характерные "чириканья". При появлении женщины этот показатель составил всего 1,8. Исследователи изучили 22 разных типа поведения кошек, включая трение о ноги, зевки и реакцию на еду. Единственным значимым различием между мужчинами и женщинами оказалась именно частота вокализаций. Возра ...>>

Умная сушилка Xiaomi Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 19.05.2026

Компания Xiaomi представила новую модель Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 - инновационный многофункциональный комплекс, который кардинально меняет представление о сушке одежды и организации балконного пространства. Главное преимущество новинки заключается в гибкой системе организации. Устройство оснащено четырьмя независимыми зонами, благодаря чему одновременно можно сушить совершенно разные типы вещей - от легкого белья и носков до объемных одеял и верхней одежды. Для этого предусмотрено 38 открытых крючков, 32 вращающихся зажима, 20 выдвижных стержней и две специальные сетки, что позволяет оптимально использовать каждый сантиметр пространства. Еще одна яркая особенность - встроенное интеллектуальное освещение. 42-дюймовый световой модуль мощностью 36 Вт и световым потоком 3000 люмен способен полностью заменить потолочную люстру на балконе. Пользователи могут регулировать цветовую температуру в диапазоне от 3000 до 5700 K, создавая комфортную атмосферу для разных сценариев - ...>>

Сильнее всего мы злимся на самых близких 18.05.2026

Многие замечали одну и ту же странную закономерность: на работе или в общении с посторонними людьми мы способны сдерживать раздражение даже в сложных ситуациях, а дома можем вспыхнуть из-за сущей мелочи. Этот парадокс хорошо известен психологам и имеет глубокие нейробиологические причины. Оказывается, дело не в "плохом характере", а в особенностях работы нашего мозга и нервной системы. Когда мы находимся среди малознакомых людей, префронтальная кора головного мозга активно контролирует эмоции. Она выступает в роли внутреннего цензора, подавляя агрессию и помогая выбирать социально приемлемые реакции. Дома же мозг воспринимает окружение как максимально безопасное и предсказуемое, поэтому уровень контроля заметно снижается. В результате накопленные эмоции выходят наружу гораздо ярче и сильнее. Кроме того, мозг формирует особый "эмоциональный архив" именно на близких людей. Даже незначительные обиды и раздражения, которые мы переживаем годами, откладываются в памяти. При новом конфл ...>>

Случайная новость из Архива Спираль оптоволокна на микрочипе 09.12.2013 Специалисты Калифорнийского технологического института создали прототип задерживающего свет чипа, в котором электромагнитный импульс теряет на порядок меньше энергии, чем в аналогах. Новое устройство задерживает свет на время, которое соответствует проходу через 50 м оптоволокна. Ключевой особенностью является использование световода специально рассчитанной формы: потери на поглощение составляют всего 0,05 дБ/м против 1 дБ/м у прошлых аналогичных элементов. За счет меньшего поглощения ученые увеличили длину траектории и, как следствие, время задержки импульса. Световод свернут в спираль и имеет форму полукруглой канавки в массиве кремния. По бокам она частично закрыта горизонтальным "навесом" из оксида кремния. Ширина канавки составляет около 150 мкм, глубина около 100, а ширина "навеса" - примерно 50 мкм. Получить такую канавку длиной в семь метров удалось методом литографии и травления плавиковой кислотой с дифторидом ксенона. Плавиковая кислота, HF, удалила оксид кремния, а дифторид ксенона, XeF2 растворил кремниевую подложку. Варьируя продолжительность действия химикатов при травлении ученые могли менять форму канавок. Расширение под слоем оксида кремния получается за счет того, что чистый кремний растворяется быстрее оксида. Такой метод производства, как отмечают ученые, совместим с современными технологиями и может быть реализован в промышленности, а не только в лабораторных условиях. Чипы, которые бы задерживали свет на некоторое время, необходимы для обработки сигналов в самых разных задач, включая радарное сканирование и телекоммуникационные системы. Они востребованы в том числе военными разработчиками, поэтому работа была профинансирована DARPA, Управлением перспективных исследований Пентагона.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026