Bilder im Dunkeln: Beginn des MISPIA-Projekts
In Mailand, Italien, wurde ein neues EU-finanziertes Projekt zu Schwachlichtbildern gestartet. Das unter dem Themenbereich "Informations- und Kommunikationstechnologien" (IKT) des Siebten Rahmenprogramms (RP7) der EU mit 2,6 Mio. EUR finanzierte Projekt MISPIA ("'Microelectronic single-photon 3D imaging arrays for low-light high-speed safety and security applications") vereint das Fachwissen von Wissenschaftlern und Ingenieuren in 20 Ländern, um fortschrittliche Bildgebungsgeräte zu entwickeln, die eine Vielzahl von Anwendungen wie die Prävention von Autounfällen finden können. Es besteht eine große Nachfrage nach Geräten, die bei sehr schlechten Lichtverhältnissen scharfe Bilder erfassen können und auch bei sehr großen Entfernungen präzise arbeiten. Heute bietet ein breites Spektrum an Hochleistungskameras hohe Auflösungen an, aber keine von ihnen bietet sowohl Geschwindigkeit als auch eine extrem hohe Empfindlichkeit. Diejenigen, die der Einzelphotonenempfindlichkeit recht nahe kommen, müssen gekühlt werden und verfügen über relativ niedrige Frameraten. Die MISPIA-Projektpartner entwickeln neue Geräte mithilfe von Chips, die bis zu einem einzelnen Photon (Lichtteilchen) empfindlich sind und die nur wenige Pikosekunden nach Eintritt des Photons in das Gerät ein Signal übertragen können. Diese hochsensible SPAD (Single-Photon-Avalanche-Diode)-Technologie wird es den Forschern ermöglichen, einzelne Photonen zu zählen und sie mit ihrer Ankunftszeit zu markieren. Zusammen mit hohen Frameraten (d.h. Tausende von Bildern pro Sekunde) und intelligenter Pixelverarbeitung zur Erfassung von Tiefe und Intensität wird dies zu neuen Geräten führen, die rasch bewegte Szenen im Dunkeln komplett zwei- und dreidimensional (2D und 3D) abbilden können. Die MISPIA-Forscher werden herkömmliche CMOS-Technologie (komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) einsetzen, die für den Bau von integrierten Schaltungen für Bildsensoren verwendet wird und relativ wenig Strom verbraucht und kaum Abwärme erzeugt. Außerdem werden sie innovative Silizium-auf-Isolator-CMOS-Verfahren (silicon-on-insulator, SOI) nutzen, eine Herstellungstechnik für Halbleiter, die durch die Verringerung des Verlusts des elektrischen Stroms auf benachbarte Schaltungsteile die Leistung verbessert. Fortschritte in der CMOS-Technologie werden voraussichtlich auch die Kosten der Herstellung reduzieren. Die Forschergruppe will zwei 3D-Bildgebungsanwendungen entwickeln, von denen das erste ein System ist, das in Autos zur Prävention von Unfällen verwendet wird (pre-crash safety system). Es soll sich auf die Darstellung der Strecke zwischen 10 und 50 Metern vor und hinter dem Fahrzeug konzentrieren und so den Fahrer zum Handeln auffordern, wenn etwas nicht stimmt. Dies kann besonders bei Nachtfahrten nützlich sein, wenn die Fahrzeuglichter möglicherweise nicht ausreichen, um drohende Gefahr entsprechend zu beleuchten. Das zweite 3D-Bildgebungsgerät wird komplexer sein und ein größeres Spektrum und längere Entfernungen von bis zu einem Kilometer abdecken, hauptsächlich zum Zwecke der Sicherheitsüberwachung. Die Projektpartner gehen davon aus, dass ihre neue Technologie für SPAD-Arrays, 2D- und 3D-Bildgebungschips eine ganz neue Ära in der Siliziumphotonik und der mikroelektronischen Bildgebung einleiten werden. Sie hoffen, ihre Arbeit wird bei der Herstellung und dem Einsatz von ultrahochempfindlichen, schnellen Chips für Kamerasensoren und -systemen zu Europas Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Kanada, Japan und den USA beitragen. Auf dem Kick-Off-Meeting diskutierten die MISPIA-Mitglieder die Anforderungen, Spezifikationen und Einschränkungen der für das Projekt vorgeschlagenen Geräte. Zu dem Konsortium, das von Professor Franco Zappa vom Politecnico di Milano in Italien koordiniert wird, gehören sieben führende europäische Forschungseinrichtungen, wie etwa die Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung in Deutschland, die Heriot-Watt University im Vereinigten Königreich, Micro Photon Devices und das Centro Ricerche Fiat (beide Italien) sowie EMZA Visual Sense in Israel.
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