Можете ли вы запечатлеть свет?!

Датчик SPAD, который может подсчитывать отдельные частицы света.

На этот раз компания Canon USA представила прототип «MS-500», камеры со сменными объективами сверхвысокой чувствительности, оснащенной датчиком SPAD. В пресс-релизе утверждается, что он оснащен 1,0-дюймовым датчиком SPAD с примерно 3,2mp (общее количество пикселей: примерно 3,2 миллиона пикселей / эффективных пикселей: примерно 2,1 миллиона пикселей). Говоря о датчике SPAD, это технология, которая некоторое время назад стала горячей темой в SNS, говоря: «Он может улавливать световой след!» Когда мы думаем о датчиках изображения, мы думаем о датчиках CMOS, используемых в камерах и т. д. В чем разница между датчиками SPAD и датчиками CMOS?

Проще говоря, датчик SPAD — это датчик изображения, который может подсчитывать отдельные частицы света (фотоны). В отличие от датчиков CMOS, которые измеряют количество света, накапливающегося в пикселях за определенный период времени, датчики SPAD используют механизм, называемый «подсчетом фотонов», который подсчитывает частицы света, попадающие в пиксели. Когда фотон попадает в пиксель, он тут же преобразуется в электрический заряд, а электроны лавинообразно размножаются и извлекаются в виде мощного электрического сигнала. Поскольку каждый фотон преобразуется в электрический сигнал, в электрическом сигнале в принципе отсутствует шум, который можно измерить с высокой скоростью и с высокой точностью.

Концептуальная схема обычного датчика CMOS (слева) и датчика SPAD (справа). Датчик SPAD «прикладывая сильное электрическое поле к обоим выводам диода, сформированного на полупроводниковой подложке, генерирует лавинное умножение, когда фотон падает на диод, и подсчитывает, сколько раз это лавинное умножение произошло. Мы можем измерить количество падающего света на

Пример захвата неподвижного изображения из видео, снятого прототипом камеры, оснащенной датчиком SPAD. Это цветное изображение, сделанное в помещении.

Это изображение сделано при освещении 0,002 лк, что темнее, чем темная ночь без звезд (около 0,007 лк).

Это изображение снято при освещенности 0,0003 люкс, которое настолько темное, что невооруженным глазом невозможно различить окружение.

На первый взгляд кажется, что это замечательная технология без недостатков, но разработка датчика SPAD требует применения высокого напряжения, и помимо проблем с энергопотреблением и шумом, также требует наличия счетчика для подсчета количества раз для каждого пикселя, в результате размер пикселя большой, и увеличить количество пикселей сложно, что является технической проблемой. Однако в декабре 2021 года Canon будет использовать свою уникальную пиксельную структуру для эффективного захвата обнаруживаемых слабых световых частиц и преобразования их в большое количество электронов, в результате чего будет получен самый высокий в мире цвет с разрешением 3,2 мегапикселя, это чуть выше чем разрешение Full HD. Первой камерой с датчиком SPAD стала Canon MS-500.

Посмотрите настоящий MS-500 на выставке!

По словам Ацуши Хамагути, отвечающего за продукты для видеонаблюдения в Canon USA, MS-500 — это камера со сверхвысокой чувствительностью, способная контролировать расстояния в несколько километров с цветными изображениями независимо от дня и ночи. «Сочетая сверхвысокую чувствительность датчика SPAD с широким спектром широковещательных объективов с большим увеличением, можно быстро находить и фотографировать объекты даже в суровых условиях, таких как темнота и расстояние, которые человеческий глаз не может распознать». Он предназначен для таких вариантов использования, как защита важных объектов инфраструктуры: таких как аэропорты, станции и электростанции, а также мониторинг портов, побережья и границ. Цена сейчас находится на рассмотрении.

Еще одним моментом камеры MS-500 является то, что в нем используется байонет, который используется для телеобъективов. «Большинство вещательных объективов можно установить на MS-500, — говорит Хамагути.

На площадке также прошла демонстрация фотолаборатории, где можно было проверить работу сверхвысокой чувствительности при съемке. Хотя это темная комната, где невооруженным глазом ничего не видно, дисплей показывает четкие цветные изображения. Даже в темных условиях, таких как темная ночь без звезд, он может точно обнаружить малейшее количество света и четко запечатлеть объект в цвете.

На дисплее показывалось изображение МС-500 и изображение невооруженным глазом. В это время люксметр показывал 0,05 лк.

На стенде представлена ​​многоцелевая камера Canon ME20F-SH со сверхвысокой чувствительностью, в которой используется сверхвысокочувствительный 35-мм полноразмерный CMOS-датчик и достигается минимальная освещенность объекта 0,0005 люкс или менее (эквивалент чувствительности ISO). будет доступно 4 миллиона) при максимальном усилении. Кроме того, было представлено видео-сравнение производительности съемки в условиях низкой освещенности. ME20F-SH может похвастаться сверхвысокой чувствительностью, способной снимать при лунном свете, но по сравнению с камерой МС-500, оснащенный датчиком SPAD, более четко фиксирует удаленную лодку.

Изображения, сделанные на расстоянии от 4 до 5 км в условиях низкой освещенности 0,1 люкс или менее. MS-500 с датчиком SPAD слева, ME20F-SH с полноразмерным CMOS-датчиком 35 мм справа

Выставка продуктовой линейки для расширенного наблюдения. Три модели: «ME20F-SH», «ML-100/105» и «MS-500».

Что касается разделения продуктов, «ME20F-SH и ML-100/105 могут быть оснащены объективами Canon EF и в основном подходят для наблюдения на коротких и средних дистанциях. С другой стороны, MS-500 имеет телеобъективы. Благодаря возможности использования дорогих широковещательных объективов он подходит для наблюдения на большом расстоянии», — говорит Хамагути.

Кроме того, с помощью видеосистемы со свободным обзором (объемная видеосистема) и гарнитур виртуальной реальности, установленных в Rocket Mortgage Fieldhouse, домашнем стадионе команды NBA Cleveland Cavaliers, прошлые игры Cavaliers можно посмотреть на камеру. Опыт, который позволяет вам наблюдать за игрой со свободной точки зрения, например, из центра корта или с воздуха.

Используя более 100 камер 4K, установленных на арене, «Free Viewpoint Video System» (объемная видеосистема)