如果一幅圖像的數(shù)據(jù)量相當于一千個字符，那么100,000幅圖像的數(shù)據(jù)量有多大？能否設(shè)計一個數(shù)字成像系統(tǒng)來處理如此高幀速的圖像。這樣一個成像系統(tǒng)可以應(yīng)用于機器視覺，智能視頻系統(tǒng)，瞬間事件的科學分析，工業(yè)過程監(jiān)控，互動游戲以及無人運輸器和導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。

　　2000年，來自匈牙利、西班牙和美國的科學家在布達佩斯成立了analogic計算機公司。該公司的目標就是設(shè)計每秒能存儲、分析和增強幾千幀圖像的數(shù)字成像系統(tǒng)。3年后，他們又在美國加利福尼亞州，伯克利城成立了analogic的后繼公司，eutecus。在美國導(dǎo)彈防御局以及海軍研究辦公室的許可下，他們開發(fā)了cellular visual technology(cvt).

　　cvt由大規(guī)模并行處理器和優(yōu)化成像處理軟件構(gòu)成。有些實現(xiàn)方法使用一種創(chuàng)新的半導(dǎo)體制造工藝把圖像傳感器和并行處理陣列直接結(jié)合在一起，創(chuàng)造出一個多層芯片。圖1是c-ton的照片。c-ton是第一款為商業(yè)市場設(shè)計的此類芯片。

　　公司首席技術(shù)官dr akos zarandy和dr csaba rekeczky 奔波于布達佩斯和伯克利之間。cvt技術(shù)的發(fā)明人，公司技術(shù)副主席，zarandy10月份在秋季微處理器論壇上發(fā)表了關(guān)于cvt的技術(shù)介紹。這篇文章也吸取了該技術(shù)的另一名發(fā)明人，公司研發(fā)副主席rekeczky的意見。

　　并非傳統(tǒng)數(shù)字相機

　　eutecus的設(shè)計與傳統(tǒng)數(shù)字相機以及家庭攝像機大相徑庭。經(jīng)典的數(shù)字相機有ccd或cmos成像傳感器，這些傳感器由微小感應(yīng)單元組成的陣列覆蓋而成。幾乎每個感應(yīng)單元都對應(yīng)一個像素。在曝光過程中，照射到感應(yīng)單元的光被轉(zhuǎn)化為電。也就是說，感應(yīng)單元將光子轉(zhuǎn)化為電子。照射到感應(yīng)單元上的光子越多，產(chǎn)生的電子越多，從而形成的像素越亮。經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，嵌在risc核中的傳統(tǒng)微處理器讀取每個感應(yīng)單元的值把像素聚合成圖像。然后經(jīng)過增強的圖像被存儲到照相機的閃存或其它存儲媒介上之前。

　　傳統(tǒng)數(shù)字相機的幀速很低，經(jīng)常是幾秒一幀而不是一秒幾幀。處理器讀取感應(yīng)單元數(shù)據(jù)和聚合圖像很費時間。為了解決這一問題，幾乎所有的數(shù)字相機都有緩存。前一次曝光的數(shù)據(jù)就存在這些緩存中供處理器進行處理，以便相機進行下一次曝光。

　　家庭數(shù)字攝像機有更大的緩存。通過降低像素分辨率，它每秒可以處理25到30幀圖像，滿足pal，secam或ntsc視頻的要求。通過使用更大的成像傳感器，高清晰度家庭數(shù)字攝像機可以錄制更高幀速和畫質(zhì)更好的圖像。當然，由于使用了更大的傳感器，這種攝像機的價錢更高。但是，傳統(tǒng)攝像機無法在超高幀速下錄制和處理圖像。

　　圖像處理是實現(xiàn)高速成像的主要障礙：所有的光子幾乎在同一瞬間到達各感應(yīng)單元并被計入同一“時間窗”，但是聚合圖像的處理器卻是順序處理這些數(shù)據(jù)。圖像感應(yīng)幾乎是并行的，圖像處理卻不是。因此，從邏輯上解決該問題的方案是應(yīng)用大規(guī)模并行處理。所以，每一個或每一組感應(yīng)單元應(yīng)該有專屬的處理器。除此之外為了實現(xiàn)高速成像，eutecus還應(yīng)用了人眼視覺特性仿真的技術(shù)。

　　大規(guī)模圖像并行處理

　　首先，我們要注意的是eutecus為了達到夢幻般的幀速這一目標使用了大規(guī)模并行處理，但同時還是犧牲了像素的分辨率和色彩。這是在目前半導(dǎo)體技術(shù)水平下無法避免的。eutecus最新的cvt感應(yīng)處理器僅能處理64×64像素，8或16位灰度級或者完全黑白的圖像。eutecus相信在同樣工藝結(jié)構(gòu)下可以制造出處理能力達到256×256像素圖像的芯片，大概是0.06兆像素。

　　與現(xiàn)今流行的10.2兆像素數(shù)字slr (single-lens teflex)相比，cvt的分辨率看起來有些低。但是這種分辨率已經(jīng)可以滿足很多應(yīng)用領(lǐng)域。例如，機器視覺，低分辨率的圖像足以讓機器人繞開小的物體和避免撞墻。在另一些應(yīng)用領(lǐng)域中，與記錄更多的細節(jié)相比，瞬間檢測高速進程中變化的能力更重要。比如就有客戶使用cvt成像系統(tǒng)研究玻璃摔碎瞬間碎片產(chǎn)生的過程。此外，和人類的眼睛關(guān)注視野中的細節(jié)一樣，cvt可以通過對大的區(qū)域里所感興趣的點進行快速計算來充分利用它有限的分辨率。

　　盡管在分辨率和色彩上做出了一些犧牲，cvt通過使用大規(guī)模圖像并行處理獲得的成就仍然令人印象深刻。芯片設(shè)計者可以用兩種基本的方法實現(xiàn)這一技術(shù)。第一種方法可以傳送最高幀速的圖像。它是由單一芯片組成的，這種芯片使用一種3d bump bonding的技術(shù)在處理單元頂上加上圖像感應(yīng)單元。

　　在數(shù)以千計的微小銦凸點上，感應(yīng)單元結(jié)合在處理單元頂部，構(gòu)成了緊密連接在一起的多層芯片。傳感器可以是傳統(tǒng)的cmos或ccd設(shè)備。但是，為了最大化性能，eutecus使用了一種少見的材料—砷化銦(ingaas)。砷化銦(ingaas)感應(yīng)器對光的敏感度比硅感應(yīng)器高大約十倍，因此它們可以在更短的曝光時間中記錄圖像，從而滿足高幀速的要求。處理器可以用傳統(tǒng)cmos工藝制造。

　　第2種實現(xiàn)cvt的基本方法是分別使用成像芯片和處理器陣列。邏輯上與第1種方法一樣，但物理結(jié)構(gòu)不盡相同。雖然有一個高速并行接口將成像