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一、背景：SPAD 为何成为下一代视觉感知的关键器件

单光子雪崩二极管（SPAD，Single-Photon Avalanche Diode）是一种能够在单光子级别响应光信号的探测器。与普通 CMOS 图像传感器通过积分光强来成像不同，SPAD 工作在盖革模式下，可在光子到达的瞬间输出脉冲信号，并借助时间数字转换电路（TDC）记录其到达时间。这一特性赋予 SPAD 两类核心能力：

1. 极高的时间分辨率：可达纳秒甚至皮秒级，使飞行时间测距成为可能；

2. 极高的时间采样率：Ubicept 所采用的 SPAD 传感器能够以接近每秒 10 万帧的速率输出原始二进制帧。

Ubicept 由来自 MIT 和 UW-Madison 的科学家与企业家于 2021 年创立，其目标正是将单光子成像与感知的研究成果转化为实用的计算机视觉产品。理解其技术路线，需要先厘清一个基本分类：主动成像与被动成像。

• 主动成像：图像采集与受控光源协同工作，如激光脉冲、投射图案、定向照明；

• 被动成像：仅依赖场景中已有的光线进行成像。

SPAD 最广为人知的应用——飞行时间测距与成像——属于典型的主动成像。许多智能手机中已配备基于 SPAD 的深度传感器。然而，Ubicept 的核心业务聚焦于一个更具挑战性的方向：基于 SPAD 的被动成像。其 U