2005年12月8日
相机的下一个进步正在成为现实罗彻斯特大学．成像芯片给摄影工业带来了革命性的变化，现在芯片本身也发生了革命性的变化。两项新获得专利的技术可能很快就能让耗电大的成像芯片只消耗今天的一小部分能源，而且还能拍出更好的照片——同时让相机缩小到衬衫纽扣大小，单块电池就能运行多年。放置在家中，当警报触发时，它们可以无线向安全公司提供图像，甚至允许谷歌之类的地图软件在街道上放大实时图像。电力消耗的巨大减少和计算能力的提高也能使手机视频通话更接近实现。
电子与计算机工程教授马克·博科和电子与计算机工程助理教授泽利科·伊格尼亚托维奇组成的团队设计了一种原型芯片，可以将图像的每个像素进行数字化，他们现在正在研究第二种技术，这种技术可以用比目前最好的压缩技术少得多的计算来压缩图像。
正在开发的第一技术将过采样的“Sigma-Delta”模数转换器集成在CMOS传感器中的每个像素位置。“CMOS”是在今天制造的大多数芯片中使用的常见半导体制造工艺。以前的尝试这样做的转换已经需要太多的晶体管，留下太少的区域来收集光线。新设计用作每像素的三个晶体管，保留近一半的像素区域的光收集。芯片上的第一次测试表明，在每秒30帧的视频速率下，它使用每像素的0.88纳瓦，而不是业界以前的50倍。它还使传统的动态范围筹集了传统芯片，这是它可以记录的DIMMEST和最亮光的差异。现有的CMOS传感器可以记录比其DIMMEST可检测光更亮的光1,000倍，动态范围为1：1,000，而罗切斯特技术已经证明了1：100,000的动态范围。
传统的图像传感器使用光敏二极管阵列来检测入射光，每个光电二极管上的晶体管放大信号，并将信号传送到位于光电二极管阵列外的模数转换器。其他的设计可以在像素位置将信号转换为数字，但需要高精度的晶体管，这在每个像素上占用相当大的芯片空间，并减少了用于接收光的芯片表面积。新的设计不仅在每个像素上使用更小的晶体管，从而可以探测到更多的光，而且随着半导体制造技术的进步，晶体管的尺寸可以缩小，而不会降低传感器的性能。这意味着可以开发出密度更大、分辨率更高的芯片，而不会出现现有传感器设计中令人望而却步的问题。当晶体管的尺寸减小时，它们的速度也会加快，从而可以更频繁、更准确地采样入射光。
是什么让Bocko和Ignjatovic的方法如优雅的工作是其反馈设计。传统的CMOS图像探测器施加电压以充电光电二极管，并且输入光触发其中一些电荷的释放。然后，放大晶体管检查二极管上的剩余电压，并再次对二极管进行再充电。BOCKO和IGNJATOVIC的设计也以带电的光电二极管开头，当光到达时，放电，但是，然后以一个/零阈值测量放电，并且所得到的比特从芯片输送。如果测量结果是一个，则将一包充电送回二极管，有效地再充电。该设计还使用比现有传感器设计更小的功率，这在较小的设备中尤为重要，如手机和电池尺寸受到限制的较小的设备。
第二次提前惊讶地采取了许多研究人员。称为“焦平面图像压缩”，Bocko和Ignjatovic已经介绍了一种在成像芯片上布置光电二极管的方法，使得压缩所得到的图像需求几乎只需要1％的计算能力。
通常，芯片上的光检测二极管布置在常规网格中 - 例如由1000像素的1,000像素。拍摄照片并将每个二极管记录击中它的灯光。然后，相机中的计算机运行复杂的计算来压缩图像，以便它而不是占用10个兆兆字节，这可能只占100千字节。在网上和许多相机和手机上使用的常用图片类型“JPEG”是其中的一个例子。不幸的是，这种压缩占据了巨大的计算能力，因此电池电量。
电气与计算机工程系的伊格贾托维奇和博科想出了一种方法，使光敏二极管的物理布局简化了计算。通常执行压缩的方法包括离散余弦变换的计算，它检查一段图像与一系列余弦波的相似程度。图像和余弦波都以规则的间隔采样，变换要求图像和余弦波样本相乘并相加。由于余弦波样本的值可以在-1和+1之间的任何地方，计算需要乘上非整数，这需要大量的计算能力。
但是，IGNJATOVIC和BOCKO已经奠定了位于余弦波峰处的像素，导致不均匀分布的阵列，而不是均匀间隔的波浪。通过使用此技巧，压缩图像所需的计算量被近五倍削减。由于每个像素正确地定位了每个余弦波的峰值，其中余弦值为“一个”乘以一个是不必要的。没有倍增，只有一点添加，处理器使用较少的功率。
该团队成员现在正在寻求构建一个原型芯片，该芯片将两种技术融入一个单元，以了解设计的实际处理能力是多少。他们计划首先将技术集成到无线安全摄像机中。
http://www.rochester.edu/