Also ich hab mal bei Microchip geschaut, der PIC18F2620 ist ein 28piner mit 3968Byte RAM, 64kB Programmspeicher, Taktbar mit bis 40Mhz, PWM usw an Board. Es gibt auch noch den Bruder, 18F4620, der hat 44Pins, eben mehr IOPorts, sonst ausstattungsgleich.
So und hier ist das Problem: Der hat eben nur knapp 4kB RAM. Wenn du das Bild analysieren willst, darf es wohl nicht mehr als sagen wir mal 3800Pixel haben, oder du brauchst einen externen RAM. Wenn man die Gameboykamera ran zieht, braucht ein Bild 16kB. Es gibt leute, die das ding mit nem Atmega auslesen. Also denke ich mal, dass Externer RAM her müsste.

Ausserdem hab ich mal einige Büchertips gefunden, ist aus ner Übersicht der Fh-Regensburg
H. Bässmann, Bildverarbeitung Ad Oculos, Springerverlag, 3. Auflage (grundlegende Algorithmen mit SW zum Selberausprobieren - gut zum Einstieg geeignet)

Haberäcker, Hanser-Verlag (studententaugliche Einführung eines FH-Profs./Mathematiker)
Dwayne Phillips, Image Processing in C - Analyzing and Enhancing Digital Images, R&D Publications (mit ausprogrammierten Algorithmen in C)

Bernd Jähne, Digitale Bildverarbeitung, Springer Verlag, 5. Auflage (BV aus Sicht eines Physikers)
Bernd Jähne, R. Massen, B. Nickolay, H. Scharfenberg, Technische Bildverarbeitung - Bildverstehen

Das Platzproblem könntest du halbieren, indem du nur 4bit Graustufen nimmst. bei einem ordentlich beleuchteten Spielfeld ist das aber wohl weniger das Problem, nur auf 1bit runter zu gehen, finde ich zu riskant.

Danach kommt der Prozessorspeed. Hier ist das Problem, dass ich nicht weiß, wie man so ne Bildverarbeitung macht und wieviel Leistung die braucht. Allerdings ist Leistung auch nur Arbeit pro Zeit.

Was auch noch ein Punkt ist: Du kannst auch den Programmspeicher eines PICs missbrauchen. Fast alle PICs können sich in ihren eigenen Programmspeicher schreiben, das nutzt ja jeder Bootloader. Das Problem ist, dass du 1. länger brauchst, 2. der Programmspeicher nur auf 100.000 schreibvorgänge ausgelegt ist, Flash EEProm bis 1.000.000 und RAM nicht limitiert. Dh es ist nicht Empfehlenswert hunderte Bilder in der Sekunde zu machen (Was von der Geschwindigkeit auch nicht geht) oder Berechnungen dort zu machen, dafür gibts RAM.

Andere Möglichkeit: Dich mit nem anderen Controller auseinander setzen, zB den ARMs. Dh aber du musst wieder von unten anfangen. Ähnlich siehts mit dem PDA aus.
Und Bildverarbeitung musst du in beiden Fällen lernen.
Ich hab noch über einen weiteren Sensor nachgedacht. Es gibt doch diese BarcodeScanner. Alternativ ein alter Flachbettscanner. Damit könntest du den Suchbereich vergrößern, ohne ne Kamera zu benutzen.