视觉芯片是一种把图像传感器和图像处理电路集成在同一芯片内的新型大规模集成电路，使用视觉芯片的图像处理系统具有高速、低功耗、低成本的优点。视觉芯片能够被应用在广阔的领域内。本文开展了实时智能图像处理应用视觉芯片的研究。本研究通过认识视觉芯片的特点和片内图像处理过程，设计能充分发挥视觉芯片优势，具有广泛实时智能图像处理应用前景的，新型片上视觉处理系统。同时研究先进的体系架构、电路和算法，并实践和掌握超大规模数模混合设计方法和经验。本文调研和学习了视觉芯片和数字图像处理相关文献和著作，总结出了视觉芯片上的图像处理任务，并总结出实时智能图像处理应用视觉芯片应具备的五个特点：高质量图像采集，初级和中级图像处理，局部信息处理和广域信息处理相结合，快速输出处理结果以及优良的可编程、可配置性。我们设计了高速目标跟踪专用视觉芯片，提出了运算简单，功能更强的视觉芯片上目标跟踪算法，具有较小的芯片面积，64×64分辨率的试验芯片实现了1000帧/秒的高速目标跟踪。我们设计了可编程SIMD结构实时处理视觉芯片SRVC，提出了新颖合理的体系架构，支持前述五个特点，功能完整性超越了以往报道的视觉芯片，同时具备良好的性能。还设计了新颖的处理单元电路、搜索链电路等。基于16×16试验片开发的实时视觉处理系统方便易用，成功实现了数学形态学、高速目标跟踪等多种图像处理应用。在此基础上，我们设计了功能更完善，结构更合理，性能更优越的可编程实时处理视觉芯片SRVC2。至此，我们的研究不仅达到了领域的前沿，也证明了设计实用的实时智能图像处理应用视觉芯片的目标是可以实现的。