據麥姆斯咨詢報道，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究人員開發出了一種新型深度傳感3D相機，它能夠以百萬像素的分辨率和每秒24000幀的速度探測單個光子。這種創紀錄的性能有望為自動駕駛汽車的下一代視覺系統提供支持。

這款被稱為MegaX的3D相機由瑞士EPFL的研究人員聯合日本佳能（Canon）共同設計，據EPFL工程學院先進量子架構實驗室負責人及該項目首席研究員Edoardo Charbon教授評價，“這是單光子雪崩二極管（SPAD）研究15年來的巔峰，SPAD是用于下一代圖像傳感技術的光電探測器?！?/p>

瑞士洛桑聯邦理工學院研究人員與日本佳能合作開發了一款具有創紀錄幀速和分辨率的3D相機

SPAD傳感器能夠探測最微弱的光，可達光子量級水平的能量。這主要歸功于電子在高壓加速到高速時產生的雪崩效應。即在雪崩光電二極管的p-n結上施加一個非常高的反向偏壓，使結區產生很強的電場，當光照射到p-n結時所激發的光生載流子進入結區后，在強電場中會受到加速而獲得足夠的動能，在高速運動中與晶格發生碰撞，使晶格中的原子發生電離。通過碰撞電離產生的電子空穴對稱為二次電子空穴對。新產生的電子空穴對在強電場下又被加速，獲得足夠的能量再次與晶格碰撞，產生新的電子空穴對，這個過程不斷往復，使p-n結內載流子迅速增加，電流隨之急劇增多，這種現象成為雪崩效應。

SPAD傳感器可用于激光雷達（LiDAR）、PET掃描儀和飛行時間（ToF）3D傳感器，測量激光從發射到返回所需要的時間，以生成空間內物體的三維地圖。通常，這類都是低分辨率傳感器，有的是單個像素，有些是高達1000像素的陣列，這意味著對于尺寸較大的物體必須進行水平、垂直（或同時）掃描。這就需要在精確性、高精度以及高幀速之間做出權衡。

基于SPAD圖像傳感器的首款百萬像素分辨率光子計數相機示意圖

新款MegaX相機在這兩個方面都有巨大的進步，它擁有百萬像素的分辨率，以及每秒24000幀的速率，相當于每秒25GB的數據速率。MegaX相機的SPAD傳感器靈敏度驚人，能夠探測單個光子，提供了“前所未有”的動態范圍，其快門時間低至3.8納秒。

研究人員證實，MegaX相機可以實現其它傳感器無法完成的工作，比如通過部分透明的玻璃獲得良好的物體深度數據。

MegaX相機采用了非常小的SPAD像素，以在雪崩信號產生后立即“淬滅”信號，為下一幀刷新傳感器。這為其帶來了另一個非常理想的特性，即非常低的功耗，當這項技術成熟到可以在智能手機和汽車激光雷達系統中運用時，這將非常有優勢。這對于未來的量子通信、傳感和計算系統應用也很重要。

當然，它離實際應用還有一段距離。其單個像素仍然太大，約9 μm，大約是常規相機CMOS圖像傳感器像素的10倍。不過，Charbon和他的團隊已經在研究下一代MegaX相機，將像素尺寸降至2.2 μm左右。