全球首款100万像素SPAD图像传感器

增强现实（AR）/虚拟现实（VR）、自动驾驶、超高帧速拍摄、自动化机器人等数字革命，为人们的生活拓展了无限可能。而赋能这一切的关键器件之一便是“图像传感器”，它们是一种将光信号转化为电信号的器件。

SPAD图像传感器是一种特殊的图像传感器。“图像传感器”一词会让人马上想到数码相机中的CMOS图像传感器，不过，SPAD传感器的工作原理不同。

SPAD和CMOS图像传感器都利用了光是由光粒子组成的事实。不过，CMOS图像传感器的每个像素是测量给定时间内到达像素的光量，而SPAD图像传感器则测量到达像素的每个光子。SPAD图像传感器在其每个像素内放置了一个二极管。每一个二极管在接收到一个入射的光子时，都能将这个光子转变成载流子的“雪崩效应”，从而产生一个大的电脉冲信号。这种从单光子产生雪崩倍增效应的能力，在图像捕捉时可以提供更高的灵敏度，和更高的距离测量精度。

CMOS图像传感器通过测量特定时间范围内像素累积的光量来读取电信号，这使得噪声可能与光子一起进入像素。而SPAD图像传感器对单个光子进行数字计数，使得电子噪声很难进入，能够实现对微弱信号的高精度检测，获得更清晰的成像。

在此之前，人们一直认为很难构建高像素数的SPAD图像传感器。为此，佳能采用了一种通过商用CMOS图像传感器量产而掌握的专有结构设计。这种设计可以无论像素尺寸变得多小，成功地将开口率保持在约100%，即使像素数增加，也能够捕获所有进入的光子而不发生任何泄漏。其结果实现了前所未有的100万像素SPAD图像传感器。

佳能开发的这款100万像素SPAD图像传感器的时间分辨率高达100皮秒，可以实现极快的信息处理，使得超快运动物体的捕捉成为可能。这款传感器还可以利用其“高速响应”特性进行高精度距离测量，包括3D测量。佳能开发的这款SPAD图像传感器能够在纳秒或更低量级的时间内检测返回光，从而实现传统光传感器无法实现的ToF测量。佳能还为这款SPAD图像传感器配备了全局快门，可以捕捉快速移动物体的视频，同时确保物体的形状准确无失真。

通过ToF方法进行距离测量，佳能的这款SPAD图像传感器实现了100万像素高分辨率的超高速图像采集。这有助于更精确的3D距离测量，甚至可以从容应对多个物体重叠的复杂场景。

佳能这款SPAD图像传感器的成功开发，意味着能够识别深度信息的3D相机的分辨率可以达到100万像素。这一性能可以为人类未来社会依赖的智能机器人等设备提供高性能的“慧眼”。

佳能的这项研发成果未来将赋能很多超越想象的未知服务和产品。它们可以很容易地集成进入各种设备，即使在完全黑暗的环境中也可以非常精确地测量深度信息。这种特性使其在自动驾驶汽车和AR/VR等设备的3D环境感知应用中极具前景。