新短波紅外傳感器像素間距創(chuàng)下1.82μm記錄

雖然計(jì)算機(jī)視覺的創(chuàng)新主要來自計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，但硬件的改進(jìn)也極大地促進(jìn)了這項(xiàng)研究。EEs不斷地提出新的成像和傳感方法，為計(jì)算機(jī)視覺算法提供更有用的原始數(shù)據(jù)。

短波紅外成像（SWIR）是一種在科學(xué)和工業(yè)計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用的正在發(fā)展的技術(shù)之一。最近，研究機(jī)構(gòu)Imec吹噓其新開發(fā)的光電探測器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了迄今為止最小的像素間距與SWIR技術(shù)。

為了更好地理解此項(xiàng)技術(shù)的意義，通過評估SWIR成像的功能以及在機(jī)器視覺中應(yīng)用很有必要。

SWIR的工作原理

SWIR成像利用紅外光譜的1-2.7μm波長區(qū)域。

基于SWIR的傳感器工作原理與基于CMOS的傳感器相似，將光子轉(zhuǎn)換為電子。與基于硅的CMOS傳感器不同，SWIR技術(shù)必須使用對紅外光敏感的砷化銦鎵（InGaAs）或碲化汞（MCT或HgCdTe）。

這些傳感器對不同波長的靈敏度取決于它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

InGaAs傳感器結(jié)構(gòu)。光子學(xué)媒體提供的圖像

這兩種材料都需要強(qiáng)力冷卻以達(dá)到適當(dāng)?shù)男旁氡?SNR)，但MCT通常需要低溫冷卻。因此，InGaAs更常用，因?yàn)樗鼘?shí)用、更經(jīng)濟(jì)。這些類型的傳感器采用一種混合架構(gòu)，將基于硅的CMOS讀出電路與InGaAs光敏陣列相結(jié)合。

SWIR成像在機(jī)器視覺中的應(yīng)用

SWIR通過對可見光譜以外的圖像進(jìn)行成像，為增強(qiáng)當(dāng)前的機(jī)器視覺系統(tǒng)打開了大門。

由于其反射性質(zhì)，SWIR光在其圖像中包含陰影和對比度。基于SWIR的成像產(chǎn)生無色圖像，使物體易于識別，為計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用提供了巨大的增強(qiáng)。SWIR還允許相機(jī)透過肉眼看不到的表面。

SWIR有用的一個(gè)典型例子是水分檢測。雖然水對可見光是透明的，但它吸收了SWIR，這使得它在生成的圖像中看起來是黑色的。其他應(yīng)用包括無創(chuàng)機(jī)器檢測和光譜分析。由于SWIR的優(yōu)勢，甚至像塑料分類回收這樣的任務(wù)也成為可能。

Imec的SWIR傳感器提供了創(chuàng)紀(jì)錄的小像素間距

進(jìn)一步推動(dòng)了SWIR技術(shù)的發(fā)展，Imec在本周的頭條新聞是一個(gè)原型單片SWIR光傳感器，它可以達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的分辨率。

傳統(tǒng)的SWIR圖像傳感器通常采用混合技術(shù)生產(chǎn)，倒裝芯片將基于InGaAs的光電探測器與硅讀出電路連接起來。在獲得高靈敏度的同時(shí)，這種裝置的制造成本很高，而且像素尺寸和密度也受到限制，阻礙了這項(xiàng)技術(shù)的采用。

Imec的新原型電路取而代之的是基于單片集成的硅CMOS薄膜光電探測器。Imec表示，這種電路與高通量晶圓級制造“兼容”。

基于130nm CMOS技術(shù)，該原型使用5.5nm PbS量子點(diǎn)之類的薄吸收層，其對應(yīng)于1400nm波長的峰值吸收。然而，這種峰值吸收可以調(diào)諧到甚至超過2000nm的波長

有了這種新的方法，據(jù)說光電探測器可以達(dá)到1.82μm的間距，Imec聲稱這是迄今為止SWIR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的最小像素間距記錄。

精確的SWIR產(chǎn)生精確的AI

使用SWIR成像技術(shù)的EEs在計(jì)算機(jī)視覺創(chuàng)新中扮演著重要的角色。這種技術(shù)可以捕捉到CCD或CMOS圖像傳感器范圍之外的獨(dú)特圖像。

隨著SWIR成像設(shè)備變得更加精確（正如Imec正在努力實(shí)現(xiàn)的那樣），機(jī)器學(xué)習(xí)算法將在多個(gè)領(lǐng)域提供更加詳細(xì)和準(zhǔn)確的結(jié)果：評估植物中的水分含量，檢測木工中的水分，甚至識別歷史畫下的鉛筆或木炭。

原文標(biāo)題：新的短波紅外（SWIR）傳感器，像素間距創(chuàng)下1.82μm記錄

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