| inviato il 01 Luglio 2020 ore 12:26
Canon ha annunciato di aver sviluppato il primo sensore SPAD al mondo con la capacità di acquisire immagini con una risoluzione di un megapixel.
L'acrostico del termine SPAD è “ Single Photon Avalanche Diode ” (“diodo fotorivelatore a singolo fotone”).
L'enorme differenza tra questo e un sensore CMOS ( Complementary Metal Oxide Semiconductor ) è il temrine “Avalanche” (= “Valanga” ).
"I sensori CMOS sono sensori di immagine a semiconduttore che convertono la luce in segnali elettrici di tipo analogico raccolti dai fotodiodi. Nel dettaglio, i fotodiodi accumulano una carica elettrica quando sono esposti alla luce. Queste cariche vengono poi convertite in tensione, amplificate e trasmesse come segnali elettrici.
Ma i sensori di immagine CMOS attuali ricevono fotoni e convertono ciascuno di essi in un singolo elettrone. L'insieme degli elettroni raccolti verrà utilizzato per capire quanta luce colpisce ogni pixel del sensore nel corso di un'esposizione."
Nei sensori SPAD, invece, ogni fotodiodo, quando riceve un singolo fotone di luce in ingresso, è in grado di trasformare questo fotone in una "valanga" ( "Avalanche" ) di elettroni per creare un unico grande segnale. Questa capacità di convertire un singolo fotone in più elettroni, permette di avere una maggiore sensibilità in fotografia e di misurare le distanze in modo più accurato.
Il sensore SPAD funziona in Global Shutter ed è in grado di controllare l'esposizione per tutti i pixel contemporaneamente.
Il tempo di esposizione può essere ridotto a 3,8 nanosecondi * 2, in modo da poter catturare immagini con forme precise senza distorsioni. Inoltre, l'uscita a 1 bit consente lo scatto ad alta velocità a un massimo di 24.000 fps, consentendo lo scatto al rallentatore di fenomeni ad alta velocità che si verificano in un tempo estremamente breve.
Con questi, ad esempio, è possibile scattare foto dettagliate di fenomeni naturali come reazioni chimiche e fulmini che non possono essere accuratamente afferrati dall'occhio umano.
Come per la maggior parte dei CMOS, nei sensori SPAD ogni fotodiodo è legato a un pixel. Sebbene sia in grado di rilevare un singolo fotone, la conversione di un fotone in più elettroni da parte dello SPAD richiede un'alta tensione e di conseguenza una struttura resistente alle alte tensioni con sufficienti capacità di isolamento. Tali requisiti portano inevitabilmente a pixel più grandi e, di conseguenza, la miniaturizzazione e l'aumento del numero di pixel si sono finora rivelati difficili da realizzare.
Queste caratteristiche fanno capire perché l'ottenimento di un sensore di immagine SPAD da un megapixel sia un risultato di cui tenere conto e perché, più che all'immagine, esso strizzi l'occhio ad altri utilizzi anche nel campo della Realtà Estesa, o XR, categoria in cui ricadono le tecnologie VR (Virtual Reality), AR (Augmented Reality) e MR (Mixed Reality).
Un sensore SPAD non ottiene i segnali analogici utilizzando le correnti elettriche e la tensione, ma usa il conteggio dei fotoni (photon counting), che tratta i segnali luminosi come se fossero segnali digitali discreti. Non avendo a che fare con una tensione da amplificare, il conteggio dei fotoni può eliminare l'interferenza dei disturbi elettronici, consentendo un rilevamento altamente accurato dei segnali più deboli.
Ciò significa che un sensore SPAD, se accompagnato da circuiti di elaborazione dedicati, può rilevare con precisione non solo la quantità di luce ma anche il momento preciso in cui il fotone viene rilevato.
I sensori SPAD quindi si presentano soprattutto come “calcolatori” della distanza rispetto a un altro oggetto. Attività che oggi è compiuta spesso da sensori di tipo tradizionale che vengono chiamati comunemente ToF ( Time of Flight ), proprio perché il loro compito è quello di misurare la velocità con cui la luce emessa da una sorgente luminosa si riflette su un oggetto e ritorna al sensore.
I ToF utilizzati oggi calcolano questa distanza in un intervallo di tempo compreso tra 1 nanosecondo (un miliardesimo di secondo) e un picosecondo (un trilionesimo di secondo).
Il sensore SPAD di Canon è in grado di lavorare in un intervallo di tempo che può spingersi a una precisone di 100 picosecondi. Un tempo superiore ai sensori tradizionali ma che però pareggia con la sensibilità migliore.
I sensori di immagine SPAD che utilizzano il metodo ToF potranno quindi essere installati su vari dispositivi e potranno misurare con straordinaria precisione le informazioni di profondità, comprese le distanze che producono le mappe 3D degli oggetti, anche in ambienti bui.
Dove verrà utilizzata questa tecnologia? Il suo potenziale è sfruttabile in tantissimi campi diversi tra cui le analisi scientifiche, i fenomeni naturali, le reazioni chimiche, gli studi sulla fisica quantistica e la misurazione della distanza tra i veicoli. Il sensore in questione presenta pure una risoluzione temporale di 100 picosecondi (unità di misura del tempo sottomultipla del secondo), che gli consente di determinare il momento esatto in cui un fotone raggiunge il pixel.
Fonti:
global.canon/en/news/2020/20200624.html
petapixel.com/2020/06/29/canon-unveils-first-spad-image-sensor-with-1-
www.dday.it/redazione/36041/canon-ha-realizzato-il-primo-sensore-spad-
www.fotonerd.it/canon-sensore-spad-1-megapixel/
Per chi volesse approfondire:
en.wikipedia.org/wiki/Single-photon_avalanche_diode |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 0:03
Una gran bella innovazione piena di prospettive pssata sotto silenzio ......
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| inviato il 02 Luglio 2020 ore 1:37
Interessante! Sembra una invenzione davvero molto sfruttabile soprattutto in ambito scientifico. Chissà se avrà e quali saranno le applicazioni in ambito "artistico". Brava Canon. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 8:22
Al momento ha senso solo in ambito scientifico o in altre applicazioni industriali, ma chissà cosa ci riserverà il futuro  |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 8:26
SBAM!
Il discorso del ToF è molto bello. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 8:57
Innovazione?
Invenzione?
Lo SPAD si usa dagli anni Settanta (è usato in medicina, ad esempio, nella tomografia a emissione di positroni) e l'azienda che più di tutte è all'avanguardia in questa ricerca è Philips.
Già nel 2010 Philips cercava partner per rendere più commerciale lo SPAD per usi non solo medicali. Nel 2012 Philips studiava una miglior implementazione dello SPAD.
La potenza del marketing di Canon tra i fotografi è qualcosa di clamoroso comunque...
Si scherza, Axl.
P.S. Sony già nel 2019 ha brevettato uno SPAD e Tower Semiconductor (Panasonic) nel 2018 per parlare di chi si occupa di fotografia, tra gli altri. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 9:14
Scherzi forse, ma leggi male i titoli, certamente...
Sta nel megapixel l'innovazione: in ambito di ricerca è solo un annetto che ci sono articoli su sensori SPAD di questa risoluzione. Inoltre invenzione non è scritto nel primo post, ma nei successivi.
Anche la capacità di travisare può essere clamorosa, pare. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 11:22
A buon intenditor poche parole... |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 14:14
Canon ha brevettato uno SPAD nel 2018. Ma non si parlava di questo, si parlava del primo SPAD con risoluzione di 1 megapixel e in grado, per la prima volta stando alla pubblicazione, di misurare accuratamente le distanze di una serie oggetti sovrapposti. Utile ad esempio nelle applicazioni in robotica oppure guida autonoma. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 14:49
“ in grado, per la prima volta stando alla pubblicazione, di misurare accuratamente le distanze di una serie oggetti sovrapposti. Utile ad esempio nelle applicazioni in robotica oppure guida autonoma „
Anche perché con mille o decimila pixel in un apparecchio a guida autonoma il margine d'errore e di disastro è enorme, invece con un milione si comincia già a ragionare... non rileverai magari il sassolino che ti sta arrivando incontro, ma una persona si. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 14:55
Ma fammi il favore Axl. A me frega di niente e nessuno (intendo oggetti e brand). Invece c'è più di qualcuno che quando gli si tocca Canon/Nikon/Sony/Olympus/Pentax pare che gli si tocchi un membro di famiglia. Adesso ne fai parte anche tu (e ti puoi risparmiare le pagliacciate di programmi televisivi con tua ).
Mi vuoi accusare, fa pure.
Seriamente: Canon fa il suo e giustamente si vanta di far sapere al mondo che un suo sensore è uno SPAD da 1 megapixel. Nella pagina del comunicato stampa parla di primo sensore al mondo da 1mpx e mette una nota con la quale si para da qualsiasi sorpresa, dove essenzialmente dice "da quel che sappiamo noi".
Ma Canon non l'ha nemmeno creato: AQUALab è il motivo per il quale adesso esiste un sensore SPAD da un megapixel. Canon ha ovviamente collaborato come si evince dal paper postato anche da The Blackbird (a proposito, lo avrei postato io se non mi avessi anticipato).
Ma non è mica una cosa brutta: da sempre la ricerca di base non la fanno i privati, che invece fanno la ricerca applicata. Ora Canon si concentrerà probabilmente a farlo funzionare per la fotografia e per i sensori dell'automotive.
Però io mi concentravo su alcuni commenti: "innovazione" (lo hai scritto tu) e "invenzione" (lo ha scritto un altro partecipante); ebbene, non è invenzione, ovvio. E non è innovazione, se vogliamo proprio essere filologicamente attenti alla lingua.
Trattasi di evoluzione ed è un bene che oggi Canon annunci questa evoluzione, perché potrebbe portare bene a tutti. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 15:08
Io ho risposto a due messaggi.
C'è chi se la prende sul personale per una battuta e chi invece tratta seriamente gli interlocutori.
Io ti sto trattando ancora seriamente, anche con la battuta (hai scritto “ Una gran bella innovazione piena di prospettive pssata sotto silenzio ...... „ ma certo sono io che ho torto).
Tu no. Ma va bene così.
EDIT: pardon, era con "intento di prendere in giro", ma mi è scappato a intento e il correttore ha percepito con tua, che chiaramente non vuol dire nulla. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 15:43
Il fisico Eric Fossum - se non sapete chi sia esiste Google- ha affermato che questa ricerca è un traguardo molto importante per lo sviluppo della tecnologia SPAD, Pogo vuoi spiegala a lui la differenza tra invenzione, innovazione ed evoluzione?
Questa saccenza accompagnata a dare del fanboy a destra e a manca è davvero insopportabile. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 16:07
Axl, un consiglio. Leggi sempre i messaggi prima di scrivere. C'è un mio EDIT nel quale spiego che è stato un typo. E come tale non l'ho corretto perché non ho nulla da nascondere, né coda di paglia.
In quei casi evita di fare il superiore, perché se uno si legge tutta la conversazione non può che chiedersi perché una reazione così scomposta da parte tua.
Finora quando io e te abbiamo dialogato c'è sempre stato rispetto reciproco. Capisco che oggi tu possa essere nervoso per tuoi problemi e tue questioni, ma è sempre bene dare credito agli altri prima di lanciarsi in affermazioni molto pesanti sul piano personale.
Scrivevo (e ancora adesso) scrivo di fretta perché da oggi sono al 50% dell'impegno lavorativo e da lunedì sarò al 100% di nuovo (si spera e per fortuna), quindi è probabile mi vedrete poco o per nulla per la gioia di molti.
Scrivendo di fretta si commettono errori e a volte il correttore ci mette del suo.
Stammi bene. Pace.
Gert, si è partiti da una mia battuta nella quale sono stato poi preso di mira.
È importante? E chi lo nega. Porta avanti di molto una tecnologia importante? Idem.
Sapevo della tecnologia SPAD per una tesi che ho corretto per una laurea in medicina, altrimenti manco ne avrei saputo scrivere l'acronimo.
Io non prendo mai troppo sul serio la vita, sicuramente non lo stare su un forum che deve essere sempre leggerezza. Con Axl in passato abbiamo scambiato qualche dialogo e non c'era stato mai problema. Si creano cioè quelle confidenze virtuali. E su quello ho sbagliato.
E comunque, essendo io anche un linguista, posso discutere di evoluzione, innovazioni e invenzioni in termini linguistici con un fisico o un matematico o medico etc.
Che non intaccherebbe di una virgola un risultato in quel campo scientifico. |
| inviato il 02 Luglio 2020 ore 22:39
Un sensore a valanga ha una sensibilità altissima (leggo un fotone) ma non discrimina la intensità, per quanto capisco.
È usato nei casi in cui occorra misurare poche particelle. Un esempio è il contatore geiger.
Si pensa che possa sostituire il cmos? Come? Non riesco a capire 
In sostituzione del tof per una mappa della profondità più accurata di ora lo capisco ma ci sono altre possibili applicazioni?
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