Litavis cuenta fotones de a uno, registra el instante en que llegan y analiza su distribución estadística sin sacar los datos del chip. Singular Photonics, la empresa de semiconductores de Edimburgo que lo fabrica, lo presentó como el primer sensor de diodo de avalancha de fotón único (SPAD) con procesamiento en el píxel capaz de combinar imagen, temporizado, histograma y estadística de fotones en un mismo dispositivo, según publicó Interesting Engineering el 12 de septiembre.
La diferencia con un sensor SPAD convencional está en dónde ocurre el análisis. En vez de mandar el flujo completo de eventos crudos a un procesador externo, Litavis resuelve parte del trabajo adentro. Singular Photonics sostiene que eso baja el volumen de datos que hay que mover por el sistema y permite armar equipos de imagen con menor latencia y menor consumo.
¿Qué hace un SPAD que una cámara común no hace?
Los SPAD están diseñados para detectar fotones de a uno, lo que los vuelve útiles cuando importan los niveles de luz muy bajos o la medición precisa del instante en que llega cada fotón.
Litavis parte de esa sensibilidad y le agrega una capa de configuración por software. El mismo hardware se reconfigura para tareas de imagen distintas sin necesidad de diseñar un sensor nuevo. Entre sus modos de operación están la imagen por conteo de fotones, el gating temporal programable, varias configuraciones de conversor de tiempo a digital (TDC), el conteo de fotón único correlacionado en tiempo (TCSPC), la detección de coincidencias y el timestamping combinado con imagen.
Con eso el sensor captura dos cosas a la vez. Cuánta luz llega a cada píxel, y también cuándo llegaron esos fotones y cómo se reparten los eventos en el tiempo. Ese dato extra sirve en aplicaciones donde la imagen convencional, la que solo mide intensidad, se queda corta.
Cómo procesa los eventos dentro del arreglo
Litavis usa una arquitectura CMOS SPAD con el procesamiento digital de fotones integrado dentro del propio arreglo de píxeles. El sensor entrega imagen continua por conteo de fotones de 256 por 256 píxeles en condiciones de poca luz.
Al mismo tiempo genera eventos de fotón con marca de tiempo sobre una grilla de 64 por 64 macropíxeles, con resolución de picosegundos, en paralelo con la imagen de conteo a resolución completa. El dispositivo además admite temporizado multievento, de modo que varios fotones detectados durante un mismo ciclo de excitación se asignan por separado a sus respectivos contenedores de tiempo.
El histograma en el píxel es lo que permite después analizar la distribución estadística de esos eventos. Según Singular Photonics, eso abre mediciones que quedan fuera del alcance de una cámara convencional, como la imagen por tiempo de vida de fluorescencia, la dispersión dinámica de luz y el sensado cuántico.
El enfoque ataca además un problema práctico que crece junto con la cantidad de datos que juntan estos equipos. En vez de transferir cada evento detectado a otro procesador para que lo analice, una parte del análisis ocurre dentro del sensor. Singular Photonics afirma que así baja el volumen de datos crudos que circula por el sistema, lo que mejora la latencia y la eficiencia energética y deja que el procesamiento en tiempo real escale mejor.
¿Para qué aplicaciones lo están vendiendo?
La empresa posiciona a Litavis como una plataforma flexible que sirve para varias aplicaciones a la vez. En la lista de usos posibles aparecen la visión de máquina, la robótica, la IA física, el sensado de profundidad, la espectroscopía, la imagen científica y médica, las tecnologías cuánticas y la automatización industrial.
La arquitectura configurable por software busca que desarrolladores e integradores prueben distintos modos de adquisición y de temporizado sobre el mismo hardware. Eso reduce la necesidad de desarrollar arquitecturas de sensor separadas para cada aplicación y acorta los ciclos de desarrollo.
"Litavis combina las ventajas de sensibilidad de la tecnología SPAD con la adaptabilidad y la escalabilidad que la imagen multimodal moderna exige cada vez más", dijo Shahida Imani, CEO de Singular Photonics.
Disponibilidad y demostraciones
Singular Photonics dice que ya recibió pedidos anticipados de empresas e instituciones de varios países, sin entregar una cifra. La compañía va a mostrar Litavis en SPIE Sensors + Imaging, en Edimburgo, y después en VISION, en Stuttgart, donde los desarrolladores van a ver funcionando los modos multimodales sobre el mismo dispositivo.
