成像|DAPAR资助高校发明第三代固态图像传感技术，可实现高速、高分辨率、精确光子计数成像，用于科研、空间、安全和低光成像等领域

在美国先期研究计划局（DARPA）的资助下，美国达特茅斯学院研究人员开发了一种新的成像技术，能够以每秒数千帧的速度和高达一百万像素的分辨率捕获单个光子并进行计数。该项技术被命名为量子图像传感器（QIS，Quanta Image Sensor），即使在光线不足的情况下，该技术也能实现高灵敏度、高质量、易于操作的数字成像、3D成像以及计算机视觉。

图为原理示意图

QIS是可以与CMOS图像传感器（CIS）技术兼容的第三代固态图像传感器技术。在像素大小、空间分辨率、暗电流、量子效率、读出速度以及功耗等方面，QIS与CIS具有相同的性能优势。它能够在室温条件下以一百万像素的分辨率进行成像。该器件采用商用堆栈式（3D）CMOS图像传感器工艺进行制造。

QIS传感器还结合了由美国达特茅斯学院一个研究团队开发的名为“jots”的技术。Jots是一种非常小的映像点，有足够的敏感度可以对单个光子进行检测。该团队开发了读取噪声极低的jot器件，不使用电子雪崩增益就可以实现室温条件下的光子计数。QIS对所有的jots执行超快速的扫描，从而实现从每个光子中获取数据。

研究人员测试表明，在室温和高温环境（60°C）下QIS的暗电流都非常低。同时，研究人员还对高速单光子成像进行了测试，并展示了1M分辨率、1040帧/秒（fps）的读出速度。

QIS的发明人之一Eric R. Fossum教授（同时也是CIS的发明者）表示，QIS使用价格低廉、可实现商用的工艺进行制造，可以获得更高的分辨率，并且与当今的CMOS图像传感器技术兼容。因此，该项技术更容易被工业界所采纳，并实现大规模生产。

发明人之一Jiaju Ma说，目前QIS的分辨率是一百万像素，但是该团队的目标是使QIS能够以非常快的速度扫描数亿甚至数十亿的“jots”。

研究人员认为，这项技术能够实现高速、高分辨率、精确的光子计数成像，可以满足科研、空间、安全和低光成像等一系列应用领域的需求。该团队已经成立了一家名为Gigajot Technology的创业公司，以进一步对QIS技术进行开发，并将其应用于众多极具前景的应用。