結(jié)合傳感器的并行處理器實(shí)現(xiàn)高速成像

　　如果一幅圖像的數(shù)據(jù)量相當(dāng)于一千個(gè)字符，那么100,000幅圖像的數(shù)據(jù)量有多大？能否設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字成像系統(tǒng)來(lái)處理如此高幀速的圖像。這樣一個(gè)成像系統(tǒng)可以應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)，智能視頻系統(tǒng)，瞬間事件的科學(xué)分析，工業(yè)過(guò)程監(jiān)控，互動(dòng)游戲以及無(wú)人運(yùn)輸器和導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)等眾多領(lǐng)域。

　　2000年，來(lái)自匈牙利、西班牙和美國(guó)的科學(xué)家在布達(dá)佩斯成立了AnaLogic計(jì)算機(jī)公司。該公司的目標(biāo)就是設(shè)計(jì)每秒能存儲(chǔ)、分析和增強(qiáng)幾千幀圖像的數(shù)字成像系統(tǒng)。3年后，他們又在美國(guó)加利福尼亞州，伯克利城成立了AnaLogic的后繼公司，Eutecus。在美國(guó)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(shí)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(gè)多層芯片。圖1是C-TON的照片。C-TON是第一款為商業(yè)市場(chǎng)設(shè)計(jì)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(dá)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(jiàn)。

　　并非傳統(tǒng)數(shù)字相機(jī)

　　Eutecus的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)數(shù)字相機(jī)以及家庭攝像機(jī)大相徑庭。經(jīng)典的數(shù)字相機(jī)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(gè)感應(yīng)單元都對(duì)應(yīng)一個(gè)像素。在曝光過(guò)程中，照射到感應(yīng)單元的光被轉(zhuǎn)化為電。也就是說(shuō)，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(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，嵌在RISC核中的傳統(tǒng)微處理器讀取每個(gè)感應(yīng)單元的值把像素聚合成圖像。然后經(jīng)過(guò)增強(qiáng)的圖像被存儲(chǔ)到照相機(jī)的閃存或其它存儲(chǔ)媒介上之前。

　　傳統(tǒng)數(shù)字相機(jī)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(fèi)時(shí)間。為了解決這一問(wèn)題，幾乎所有的數(shù)字相機(jī)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(jìn)行處理，以便相機(jī)進(jìn)行下一次曝光。

　　家庭數(shù)字?jǐn)z像機(jī)有更大的緩存。通過(guò)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(guò)使用更大的成像傳感器，高清晰度家庭數(shù)字?jǐn)z像機(jī)可以錄制更高幀速和畫質(zhì)更好的圖像。當(dāng)然，由于使用了更大的傳感器，這種攝像機(jī)的價(jià)錢更高。但是，傳統(tǒng)攝像機(jī)無(wú)法在超高幀速下錄制和處理圖像。

　　圖像處理是實(shí)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(dá)各感應(yīng)單元并被計(jì)入同一“時(shí)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(wèn)題的方案是應(yīng)用大規(guī)模并行處理。所以，每一個(gè)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(shí)現(xiàn)高速成像，Eutecus還應(yīng)用了人眼視覺(jué)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(dá)到夢(mèng)幻般的幀速這一目標(biāo)使用了大規(guī)模并行處理，但同時(shí)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(wú)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(jí)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(dá)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?cái)?shù)字SLR (Single-lens Teflex)相比，CVT的分辨率看起來(lái)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(jī)器視覺(jué)，低分辨率的圖像足以讓機(jī)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(xì)節(jié)相比，瞬間檢測(cè)高速進(jìn)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(guò)程。此外，和人類的眼睛關(guān)注視野中的細(xì)節(jié)一樣，CVT可以通過(guò)對(duì)大的區(qū)域里所感興趣的點(diǎn)進(jìn)行快速計(jì)算來(lái)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(guò)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(jì)者可以用兩種基本的方法實(shí)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。

　　如圖2所示，在數(shù)以千計(jì)的微小銦凸點(diǎn)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(jiàn)的材料—砷化銦(InGaAs)。砷化銦(InGaAs)感應(yīng)器對(duì)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(shí)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(shí)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(gè)高速并行接口將成像傳感器與處理陣列連接起來(lái)，但是與直接將傳感器和處理器結(jié)合在一起的方法相比，這種方法還是慢了許多。受實(shí)現(xiàn)方式的限制，這種方法的最高幀速比第1種方法低了一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)(大約1000到10000幀每秒)。但是，兩個(gè)芯片組合在一起的方式也有些好處：它可以使用更高分辨率的成像傳感器，造價(jià)更低廉。而且，芯片設(shè)計(jì)者可以通過(guò)對(duì)ASIC掩膜或?qū)PGA編程等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)并行處理器陣列。雖然FPGA只能生成少量的處理器陣列，但是可以大大減少投放市場(chǎng)的時(shí)間。

　　第3種實(shí)現(xiàn)CVT的方法是將成像感應(yīng)單元陣列和并行處理器陣列合成在同一晶圓上，和多層芯片方式比起來(lái)，這種方式的兩個(gè)陣列結(jié)合的更緊密。但是，目前的半導(dǎo)體技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一方法。因?yàn)榧词苟际褂肅MOS制造，成像傳感器和ASIC的設(shè)計(jì)與制造參數(shù)也不同。另外，將感應(yīng)單元和處理器單元結(jié)合在一起將會(huì)降低陣列的密度，從而降低芯片的分辨率。而且，陣列單元的光通道將更小，降低了它們的敏感度。盡管如此，該方法仍是未來(lái)研究和發(fā)展的主要方向。

　　克服制造的缺點(diǎn)

　　傳感器陣列沒(méi)有什么新奇，因此我們把注意力集中到處理器陣列上。Eutecus將幾十個(gè)處理單元緊密的結(jié)合在一起，各單元之間可以相互聯(lián)系。圖3是C-TON的圖片。這一設(shè)計(jì)共有8×8，64個(gè)處理單元。其他的設(shè)計(jì)的處理器陣列大小不盡相同。(早期的有4×4陣列)。

　　每個(gè)C-TON芯片的單元從64個(gè)感應(yīng)點(diǎn)接受圖像數(shù)據(jù)，所以圖像的分辨率是64×64。全局控制處理器是一個(gè)8位微控制器。全局控制器負(fù)責(zé)處理片外I/O以及向陣列傳輸程序指令。C-TON有2K的全局程序存儲(chǔ)空間，由傳統(tǒng)的0.18微米CMOS制造，工作頻率為100MHz。它的有32位I/O總線，工作頻率也是100MHz，帶寬400MB/s。

　　每個(gè)單元內(nèi)部有一個(gè)基于單指令多數(shù)據(jù)的24位處理器，其結(jié)構(gòu)專門為圖像處理進(jìn)行過(guò)優(yōu)化。一個(gè)多路復(fù)用器接收所有連接到這一單元的感應(yīng)點(diǎn)的輸出，然后將信號(hào)輸送到一個(gè)通用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這些模數(shù)轉(zhuǎn)換器依次連接到處理器上。此外，每個(gè)單元和另一個(gè)單元共享1k局部?jī)?nèi)存，每個(gè)單元與和它相鄰的單元之間有通信接口。單元之間可以通過(guò)共享內(nèi)存來(lái)進(jìn)行通信，每個(gè)時(shí)鐘周期傳輸8bits數(shù)據(jù)。不相鄰的單元之間沒(méi)有直接聯(lián)系。

　　需要注意的是，像C-TON那樣將成像傳感器和處理器結(jié)合在一起的芯片，未經(jīng)處理的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)以千計(jì)的銦凸點(diǎn)而不是由傳統(tǒng)的I/O總線從感應(yīng)器傳輸?shù)教幚砥麝嚵械?。每個(gè)單元和在它頂部的感應(yīng)點(diǎn)之間有專屬的I/O接口，這一巧妙的設(shè)計(jì)解決了大規(guī)模處理陣列常有的問(wèn)題：如何通過(guò)大規(guī)模陣列傳輸數(shù)據(jù)。

　　另一些大規(guī)模并行設(shè)計(jì)通過(guò)陣列的邊緣接收數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。但是在“凸點(diǎn)鍵合”多層芯片中，圖像數(shù)據(jù)可以瞬間到達(dá)陣列的任何一點(diǎn)，不用繞道沒(méi)有延遲。當(dāng)然，圖像數(shù)據(jù)I/O輸出是仍需穿過(guò)整個(gè)陣列。但是，通過(guò)在本地處理圖像數(shù)據(jù)，處理單元可以減少?gòu)男酒敵龅奈唇?jīng)處理的圖像數(shù)據(jù)。

　　陣列各層的資源分配

　　像C-TON這樣將傳感器和處理器結(jié)合在一起的芯片從抽象的角度說(shuō)有多層硬件資源：成像傳感器，多路復(fù)用器，ADC,處理器以及存儲(chǔ)器。成像感應(yīng)器由獨(dú)立的凸點(diǎn)鍵合的晶圓組成的。多路復(fù)用器和ADC是混合信號(hào)部件，一層獨(dú)立的晶圓。處理器和SRAMS占用同一層晶圓的一部分，同樣使用數(shù)字CMOS技術(shù)制造。圖4是各層的示意圖視。

　　單元內(nèi)部的處理器有ALU,形態(tài)單元和比較單元。24位ALU進(jìn)行8或16位算術(shù)操作(加，減，乘)，形態(tài)單元負(fù)責(zé)對(duì)黑白圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的1位操作并輔助ALU處理灰度圖像。處理器每個(gè)時(shí)鐘周期處理器執(zhí)行一條指令，可以從單元存儲(chǔ)器，和相鄰單元公用的存儲(chǔ)器以及成像傳感器這3處讀取數(shù)據(jù)。表1給出了C-TON進(jìn)行簡(jiǎn)單圖像處理時(shí)的性能數(shù)據(jù)。

　　雖然陣列中的所有單元必須運(yùn)行同樣的程序，但是通過(guò)使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)處理(data-driven)和bit-mashing技術(shù)可以讓每個(gè)單元處理像素時(shí)有微小的差異。這也是將感應(yīng)點(diǎn)和處理器在陣列中直接鍵合的優(yōu)點(diǎn)。圖5展示了對(duì)獨(dú)立像素進(jìn)行特殊操作的好處。通過(guò)獨(dú)立調(diào)節(jié)每個(gè)像素，處理器可以有效的擴(kuò)展圖像的動(dòng)態(tài)范圍重新捕獲丟失的色彩和細(xì)節(jié)。

　　為了降低能耗，Eutecus在處理器陣列中使用了擴(kuò)展時(shí)鐘門，不工作的處理器可以關(guān)閉。Eutecus表示，工作頻率為100MHz的C-TON全部處理器工作的最大耗電量為300mW，最低可以低于50mW。這使得C-TON適用于電池供電的系統(tǒng)。然而，由于傳感器發(fā)熱產(chǎn)生“熱“像素,散熱就成為了這一設(shè)計(jì)潛在的問(wèn)題。當(dāng)成像傳感器發(fā)熱時(shí)生成的圖像噪點(diǎn)較多，特別是在圖像較暗的部分。不過(guò)開發(fā)人員可以用圖像處理器增大信噪比來(lái)減少這種影響。

　　眾多應(yīng)用

　　Eutecus的技術(shù)可以應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，C-TON這個(gè)Eutecus技術(shù)的早期應(yīng)用例子，只是其中之一。陣列的大小以及每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的感應(yīng)點(diǎn)數(shù)都不是一成不變的。根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，一個(gè)單元既可以像C-TON一樣處理8×8像素塊的數(shù)據(jù)，也可以只處理單個(gè)像素。早期0.18微米CMOS制造的模型芯片只能處理32×32個(gè)像素。

　　下一代設(shè)計(jì)可以像ASIC一樣，用90nmCMOS實(shí)現(xiàn)處理器陣列，而不用把成像傳感器鍵合到晶圓上。芯片將使用傳統(tǒng)的32位I/O總線和傳感器通訊。Eutecus表示，雙芯片運(yùn)行方式可以擁有180×180的處理器陣列，運(yùn)行時(shí)鐘120MHz，支持最大720×720的分辨率。該設(shè)計(jì)將通過(guò)犧牲幀速來(lái)提高分辨率，降低制造成本。盡管如此，該設(shè)計(jì)仍可每秒捕獲1000幀圖像并對(duì)圖像進(jìn)行一些形態(tài)操作。

　　然而，Eutecus的目標(biāo)并不是成為一個(gè)無(wú)晶圓半導(dǎo)體公司。其主要商業(yè)模式是發(fā)放類似于軟IP的CVT技術(shù)許可。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Eutecus為客戶提供處理器陣列及相應(yīng)部件，它們就像合成的VHDL模型，顧客可將其嵌入到自己的ASIC或FPGA中。Eutecus提供的開發(fā)工具可以讓客戶設(shè)計(jì)所需的任何大小的陣列。公司還提供為圖像處理優(yōu)化過(guò)的“Instant Vision”功能庫(kù)，供客戶進(jìn)行軟件開發(fā)。該庫(kù)的初等函數(shù)用組合語(yǔ)言編寫，客戶可以使用高級(jí)語(yǔ)言如C，C++編寫應(yīng)用軟件。

　　由于在可編程邏輯芯片中無(wú)法整合成像傳感器，如果對(duì)FPGA編程來(lái)生成處理器而不是對(duì)ASIC進(jìn)行掩膜生成處理器，那么就需要片外傳感器。而且，由于FPGA的性能局限，處理器陣列的大小有所減少。然而，與制造一個(gè)ASIC相比，對(duì)FPGA編程更快更便宜。

　　有一個(gè)這樣的設(shè)計(jì)，它在Xilinx Virtex-4LX中生成一個(gè)20×20的處理器陣列。全局控制處理器是RSIC或在同一FPGA中生成的DSP核。在150MHz的工作頻率下，這一設(shè)計(jì)每秒可執(zhí)行600億條指令，最大圖像分辨率為160×160像素(每個(gè)處理器64個(gè)像素)。Ectecus公布的最大幀速為每秒3000幀。

　　視覺(jué)仿真

　　如果客戶對(duì)幀速的要求比較低，雙芯片實(shí)現(xiàn)方式除了降低費(fèi)用，縮短投放市場(chǎng)的時(shí)間外還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)：一個(gè)獨(dú)立的感應(yīng)器可以比多層芯片有更高的圖像分辨率。通過(guò)模仿人類視覺(jué)的某些特性，開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)更高的分辨率。

　　傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理器往往掃描整個(gè)圖像，而很少或根本不關(guān)注圖像的細(xì)節(jié)。但是我們用另一種方式觀察圖像：眼睛迅速的掃過(guò)整個(gè)圖像，找出一些關(guān)鍵點(diǎn)，快速的形成一副要素圖。科學(xué)家稱之為“快速跳躍”。這是必須的，因?yàn)殡m然我們的眼睛可以觀察一個(gè)大約210度的廣闊的視野，但是在每一刻我們只能聚焦于其中的一小部分。這個(gè)點(diǎn)叫做視網(wǎng)膜凹點(diǎn)，是我們大腦分析能力最集中的一點(diǎn)。而周邊的視覺(jué)主要是用來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)或照度的突然變化，這些變化能傳達(dá)潛在的威脅。圖7說(shuō)明了快速視覺(jué)和傳統(tǒng)視覺(jué)的不同之處。

　　當(dāng)CVT陣列無(wú)法實(shí)時(shí)處理成像傳感器的像素時(shí)，開發(fā)人員可以通過(guò)處理小區(qū)域的像素的方法來(lái)模仿人類視覺(jué)的快速跳躍。事實(shí)上，處理陣列就相當(dāng)于視網(wǎng)膜凹點(diǎn)，從傳感器的一部分跳到另一部分。智能算法可以通過(guò)用不同的方法處理像素來(lái)計(jì)算每個(gè)視網(wǎng)膜凹點(diǎn)的內(nèi)容。第一步是在低分辨率下掃描全圖找到可能感興趣的點(diǎn)，或者用軟件比較相鄰的幀，找出變化的部分，然后放大該區(qū)域。圖8顯示了這一過(guò)程。

　　智能視頻監(jiān)控，是Eutecus一直在尋求的CVT技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用。通過(guò)程序控制，攝像機(jī)可以檢測(cè)廣闊視野中的運(yùn)動(dòng)，然后放大任何運(yùn)動(dòng)的物體，進(jìn)一步的分析它。如果攝像機(jī)發(fā)現(xiàn)了感興趣的東西，它可以向保安發(fā)出警報(bào)。用合適的軟件監(jiān)控運(yùn)動(dòng)，攝像機(jī)可以自己做出判斷而不用像現(xiàn)在那樣依靠中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控或把圖像傳電視墻由安保人員來(lái)監(jiān)控。

　　這可不是科幻小說(shuō)里的情節(jié)，某些傳統(tǒng)的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)已經(jīng)可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)圖像分析。例如Canon和Fuji研制出了供普通消費(fèi)者使用攝像機(jī)，這種攝像機(jī)在其視野內(nèi)最多可以監(jiān)控10個(gè)面孔。這種攝像機(jī)還可以鎖定監(jiān)控對(duì)象，調(diào)節(jié)曝光。Eutecus的超高幀速和單一像素處理技術(shù)大大提高了智能視頻監(jiān)控的可行性。

　　然而，編程人員必須做出一個(gè)選擇：軟件進(jìn)行的分析越多，處理每幅圖像所用時(shí)間越多，從而降低了幀速。如果一個(gè)程序控制工作頻率為100MHz的C-TON芯片達(dá)到每秒處理100000幀圖像的峰值陣列中的每一個(gè)處理器只有10微秒來(lái)分析和修改像素。如表1所示，C-TON可以在如此短的時(shí)間內(nèi)完成這些簡(jiǎn)單的操作，但是要完成更復(fù)雜的任務(wù)就需要降低幀速或使用更快的芯片。

　　為超高幀速編寫程序的人員將使用組合語(yǔ)言而不是調(diào)用C++中預(yù)先寫好的函數(shù)。目前，Eutecus和其早期客戶密切合作開發(fā)軟件。Eutecus承認(rèn)，將來(lái)低級(jí)開發(fā)工具是必需的。

　　Eutecus正在進(jìn)入市場(chǎng)

　　Eutecus生產(chǎn)了一個(gè)有4×4處理器陣列的早期模板芯片。這一概念芯片包含一個(gè)可以捕獲32×32像素的凸點(diǎn)鍵合成像傳感器。更先進(jìn)的C-TON工程樣品芯片正在進(jìn)行測(cè)試，這種芯片擁有8×8處理器陣列，64×64像素成像傳感器。這些芯片都證明了Eutecus的技術(shù)是可行的，當(dāng)用戶掩膜ASIC或?qū)PGA編程時(shí)，Eutecus將幫助用戶設(shè)計(jì)產(chǎn)品和編寫軟件。

　　公司的主要目標(biāo)是發(fā)放IP許可。Eutecus正在打造其IP塊的第一個(gè)版本：一個(gè)用于ASIC實(shí)現(xiàn)方式，一個(gè)用于FPGA實(shí)現(xiàn)方式。而其改進(jìn)版將在本季度完成。于此同時(shí)，Eutecus還在開發(fā)其第一個(gè)瞬間可視圖像軟件開發(fā)庫(kù)。共有信號(hào)處理，圖像處理，多目標(biāo)跟蹤以及特征識(shí)別4個(gè)庫(kù)。此外，Eutecus還提供了一個(gè)開發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為用戶提供了一個(gè)供用戶參考的智能監(jiān)控?cái)z像機(jī)設(shè)計(jì)范例。

　　超高幀速傳輸技術(shù)非常專業(yè)化，但是這并不意味著該技術(shù)的市場(chǎng)范圍非常小。相反，鑒于以前的先例，MPR認(rèn)為超高幀速傳輸技術(shù)將為開發(fā)人員帶來(lái)靈感，引發(fā)從未出現(xiàn)過(guò)甚至從未有人想像過(guò)的應(yīng)用。

　　當(dāng)1839年Louis Daguerre發(fā)表基本攝影技術(shù)時(shí)，世界對(duì)其用銀版照相法捕捉逼真影像的能力大加稱贊。但是由于技術(shù)局限，早期還無(wú)法捕捉瞬間景象。18世紀(jì)末，寬孔徑鏡頭和更敏感的感光乳劑的出現(xiàn)使得瞬間曝光得以實(shí)現(xiàn)。瞬間攝像從技術(shù)上來(lái)說(shuō)僅僅只是改進(jìn)，但從應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，這和攝影技術(shù)的發(fā)明一樣是一次革命。這項(xiàng)技術(shù)使人類擺脫了時(shí)間的限制，可以觀察到飛行的生物以及從未見(jiàn)過(guò)的景象。最著名的例子就是Eadweard Muybridge用暫停動(dòng)作圖像證明了馬在奔跑的時(shí)候四蹄同時(shí)離地，這一結(jié)果畫家們幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)從來(lái)沒(méi)有觀察到。

　　20世紀(jì)，使用模擬技術(shù)的高速攝影進(jìn)一步擴(kuò)展了人類的視野。Harold Edgerton用電子閃光捕捉到子彈穿過(guò)蘋果的圖像。專用高速膠片攝像機(jī)為我們展示了水滴的形態(tài)以及核彈爆炸時(shí)可怕的景像。但是，在過(guò)去這些攝制這些圖像不但需要昂貴的設(shè)備，還受到機(jī)械影像傳輸?shù)南拗?。攝像機(jī)無(wú)法反映出其所攝的景象。

　　超高速自適應(yīng)攝像是21世紀(jì)攝像技術(shù)的一次革命。很快，普通消費(fèi)者負(fù)擔(dān)的起的攝像機(jī)將被研制出來(lái)。這種攝像機(jī)可以攝取生物無(wú)法察覺(jué)到的事物。過(guò)不了多久，這種攝像機(jī)將被用作被動(dòng)監(jiān)視器。將傳感器陣列和處理其陣列結(jié)合在一起是一個(gè)令人印象深刻的技術(shù)創(chuàng)新，因?yàn)樗梢栽诟袘?yīng)成像的同時(shí)處理圖像。

　　和其它新技術(shù)一樣，高速數(shù)字成像技術(shù)的應(yīng)用既令人興奮又令人恐懼。但是它是人類感知的一次擴(kuò)展，為智能化機(jī)器的設(shè)計(jì)提供了一條新路。