Canon demuestra el prototipo del sensor de imagen SPAD con 26 pasos de rango dinámico

Canon mostró su prototipo de sensor de diodo de avalancha de fotón único (SPAD) en CES 2026 en Las Vegas, prometiendo un rango dinámico extraordinario y capacidades con poca luz, al tiempo que ofrece una idea de cómo evolucionará la captura digital durante la próxima década, especialmente en un entorno donde los sensores tradicionales han tenido problemas.

La demostración de Canon enfatizó la tecnología más que el producto, mostrando el potencial del sensor en lugar de anunciar un lanzamiento inmediato de la cámara. El prototipo SPAD es un sensor de 2/3 de pulgada con aproximadamente 2,1 megapíxeles, capaz de capturar un rango dinámico citado de 156 dB, lo que equivale aproximadamente a 26 pasos. Este nivel de rendimiento supera los sistemas de imágenes tradicionales y se demuestra en escenarios como movimientos rápidos bajo iluminación LED parpadeante y escenas de alto contraste que desafían a las cámaras estándar.

El objetivo de CES es claramente explorar las posibilidades de las imágenes a nivel de fotones, lo que indica el compromiso de Canon de ampliar los límites de la detección y el procesamiento de sensores. Si bien la demostración aún se encuentra en la etapa de prototipo, destaca la visión más amplia de la tecnología de imágenes futura y sus aplicaciones más allá de la fotografía tradicional.

Una demostración técnica, no un anuncio de cámara.

La aparición de Canon en el CES se destacó por centrarse en el sensor en sí en lugar de en el consumidor final o en la cámara de cine. El objetivo era demostrar el poder de la tecnología SPAD en condiciones de iluminación extremas, demostrando su capacidad para capturar simultáneamente áreas muy oscuras y muy brillantes sin perder detalle. Al combinar el sensor con el procesamiento de imágenes avanzado, Canon puede resaltar los beneficios reales de la tecnología de conteo de fotones en escenarios que simulan desafíos industriales y creativos.

La demostración también hizo hincapié en la velocidad. Las capacidades de conteo rápido de fotones del sensor le permiten rastrear objetos que se mueven rápidamente con un desenfoque de movimiento mínimo, incluso en entornos con poca luz. Esto le otorga una clara ventaja sobre los sensores tradicionales en aplicaciones donde la precisión y la sincronización son fundamentales.

Aunque el sensor SPAD aún no está disponible para uso directo del consumidor, la demostración refleja el compromiso de Canon con la investigación y el desarrollo, mostrando cómo sus soluciones de imágenes de próxima generación pueden impactar una variedad de industrias, desde la robótica hasta la cinematografía.

Cómo funciona el sensor SPAD

en un entrevista 2020 con ingenieros de sensores Canon SPAD Kazuhiro Morimotoquien se llama naturaleza En “Cuatro estrellas en ascenso reinventando la nanociencia”, se explica por primera vez esta innovadora tecnología.

“El sensor SPAD es un sensor de imágenes único que puede capturar objetos que se mueven extremadamente rápido, incluso partículas ligeras. El ingeniero de Canon, Kazuhiro Morimoto, reconoció sus beneficios desde el principio y desarrolló el primer sensor SPAD de 1 megapíxel del mundo después de estudiar en Suiza. Al hacerlo, abrió nuevas posibilidades en imágenes”, dijo Canon.

Los sensores SPAD funcionan de manera diferente a los sensores de imágenes tradicionales. En lugar de medir la luz como una señal analógica continua, cada píxel detecta fotones individuales y desencadena una avalancha de electrones cuando se detecta un fotón. Estas avalanchas se cuentan digitalmente, lo que elimina eficazmente el ruido de lectura y proporciona al sensor una sensibilidad extremadamente alta.

“Descubrí los sensores SPAD (Single Photon Avalanche Diode) poco después de unirme a Canon en 2013. Formé parte de un equipo que desarrollaba sensores de imagen CMOS, que se usan ampliamente en cámaras, y una mención de los sensores SPAD en un artículo de investigación que estaba leyendo me llamó la atención. Me fascinó este sensor que se decía que “captura imágenes usando un principio completamente diferente al de los sensores CMOS”, y a medida que leía más sobre el trabajo de investigación SPAD sobre el sensor, me fascinó aún más. hacerlo”, dijo el ingeniero Kazuhiro Morimoto.

“Los sensores SPAD pueden procesar información en aproximadamente 100 picosegundos (1/10 milmillonésima de segundo). Esto les permite captar el movimiento de objetos que se mueven extremadamente rápido, como por ejemplo las partículas de luz”.

Implementación de Canon incluyendo la tecnología Como el recuento de fotones ponderados, que ayuda a equilibrar la exposición en escenas con zonas muy luminosas y muy oscuras. Al estimar el número total de fotones en función del tiempo de llegada, el sensor evita la saturación de áreas brillantes y al mismo tiempo preserva los detalles de las sombras, lo que permite un rango dinámico más allá de los sensores CMOS típicos.

La arquitectura única del sensor lo hace ideal para imágenes de alta velocidad y con poca luz, capturando momentos fugaces o cambios sutiles de iluminación con extraordinaria claridad. Representa un cambio de paradigma de la acumulación de luz tradicional a la verdadera detección a nivel de fotones, abriendo nuevas posibilidades para la obtención de imágenes técnicas y creativas.

Por qué CES es el escenario adecuado

La demostración del sensor SPAD en CES resalta su potencial en múltiples industrias. Más allá de la fotografía y la cinematografía, el sensor tiene implicaciones claras para los vehículos autónomos, donde la percepción precisa en condiciones de iluminación extremas es fundamental para la seguridad. Asimismo, la robótica y la automatización industrial se benefician de imágenes precisas, rápidas y de bajo ruido, mientras que las aplicaciones científicas pueden explotar la sensibilidad del sensor para experimentos que requieren detección con poca luz o alta velocidad.

Al elegir CES, Canon coloca el sensor dentro de un contexto tecnológico más amplio, enfatizando su versatilidad e impacto futuro en lugar de aplicaciones inmediatas para el consumidor. Este enfoque ha convertido a Canon en líder en innovación de imágenes, lo que demuestra que el futuro de los sensores se extiende mucho más allá de las cámaras tradicionales.

La demostración también insinuó una posible colaboración con el procesamiento de imágenes impulsado por inteligencia artificial, lo que sugiere que los sistemas futuros podrían combinar datos a nivel de fotones con algoritmos inteligentes para soluciones de imágenes más complejas.

SPAD vs CMOS: Comparación de tecnologías

Los sensores CMOS dominan las cámaras actuales al medir la luz acumulada durante un tiempo de exposición fijo y convertirla en una señal analógica. Si bien es eficaz en la mayoría de situaciones, este enfoque introduce ruido, especialmente en escenas con poca luz, y limita el rango dinámico. Los sensores CMOS pueden estimar la cantidad de luz que incide en cada píxel, pero tienen dificultades para capturar escenas de contraste extremo sin perder detalles de sombras o luces.

Por el contrario, los sensores SPAD cuentan fotones individuales digitalmente, eliminando esencialmente el ruido de lectura. La llegada de cada fotón se trata como un evento único, lo que permite que el sensor registre simultáneamente áreas muy oscuras y muy brillantes. Esta precisión a nivel de fotones permite a los sensores SPAD mejorar en gran medida la sensibilidad con poca luz y el rango dinámico, lo que los hace particularmente adecuados para situaciones de alta velocidad, alto contraste y luz extrema.

La diferencia fundamental es que los sensores CMOS integran la luz a lo largo del tiempo, produciendo una estimación analógica, mientras que los sensores SPAD detectan llegadas precisas de fotones, lo que permite un control sin precedentes sobre la detección de luz. Esto convierte a la tecnología SPAD en un potencial revolucionario no sólo para las aplicaciones industriales y científicas, sino también, en última instancia, para las imágenes de consumo.

Impacto en las cámaras de consumo en los próximos 5 a 10 años

Si bien la tecnología SPAD aún no está lista para las cámaras convencionales, su trayectoria sugiere que podría tener un gran impacto en la fotografía de consumo durante la próxima década. Las cámaras que integran tecnología de conteo de fotones como SPAD pueden lograr un rango dinámico mientras capturan las luces más brillantes y las sombras más profundas con una dependencia mínima del posprocesamiento. La fotografía con poca luz cambia la forma de capturar escenas nocturnas y ambientes interiores con una claridad casi perfecta, incluso cuando se dispara sin trípode.

Canon ya ha probado SPAD en cámaras prototipo, p. MS-500Está equipado con un sensor SPAD de aproximadamente 3,2 millones de píxeles, que es el mayor número de píxeles entre sensores similares del mundo. este Demostración de MS-500 La tecnología SPAD puede alcanzar una resolución a nivel de megapíxeles adecuada para tareas de imágenes de la vida real, combinando una sensibilidad ultra alta con capacidades de captura de color. Si bien la MS‑500 sigue siendo una cámara dedicada, ofrece una idea de cómo los sensores SPAD pueden eventualmente ampliarse a dispositivos de consumo para ofrecer un rendimiento de nivel profesional en condiciones de iluminación extremas.

Los diseños híbridos que combinan el conteo de fotones SPAD con sensores CMOS tradicionales permiten a los consumidores beneficiarse de la sensibilidad y resolución ultraaltas de la misma cámara, así como de imágenes computacionales mejoradas. Esto se puede extender a teléfonos inteligentes, cámaras sin espejo y drones, permitiendo a los fotógrafos cotidianos capturar imágenes que antes solo eran posibles con equipos profesionales.

A medida que la potencia de procesamiento esté más disponible y las imágenes asistidas por IA continúen avanzando, los sistemas basados ​​en SPAD podrían cambiar fundamentalmente las expectativas fotográficas de los consumidores, haciendo que el rango dinámico extremo, la captura de alta velocidad y el rendimiento con poca luz sean características estándar en lugar de herramientas especializadas.

Si bien pueden pasar varios años antes de que las cámaras de consumo obtengan estos beneficios, la tecnología sugiere sistemas de imágenes que pueden funcionar perfectamente en entornos de iluminación extrema, poca luz y alta velocidad. A medida que los sensores de conteo de fotones maduren junto con la inteligencia artificial y las imágenes computacionales, la línea entre ver y comprender a través de las máquinas se volverá más delgada que nunca, lo que promete tener un impacto transformador en la fotografía profesional y cotidiana.

Fuente de la imagen: Canon. Foto de encabezado creada utilizando recursos con licencia a través de descargar.