“您用的是均值滤波？”
“对，均值滤波。”
吕辰摇了摇头：“均值滤波需要乘法器。像素值乘系数，再累加，再除法。乘法器在五微米工艺下面积太大，而且速度慢。”
他在自己笔记本上画了一个简图，推到桌子中间。
“我建议用中值滤波。中值滤波只需要比较器，不需要乘法器。九个像素的值，找中间那个。比较器比乘法器简单得多，面积小、速度快。”
陈教授盯着那张图看了几秒。
他没有立刻回答。
会议室里安静了两秒，只有日光灯的嗡嗡声。
然后他忽然笑了一下，很轻，像是在对自己说。
“你说得对。我想复杂了。”
他用笔在图纸上改了一笔，把“均值滤波”划掉，写上“中值滤波”。
“排序网络，九个数找中值，用九个比较器搭成排序网络。纯组合逻辑，一个时钟周期就能输出结果。”
钱兰在旁边插了一句：“九个比较器，面积大概多大？”
陈教授想了想：“按你们标准单元库里的比较器来算，八位的，大概几十个门。九个，加上连线，几百个门。可以接受。”
他在笔记本上记了一笔，然后继续往下讲。
“接下来是对比度增强。”
他在图上画了一个新的方框。
“焊盘是金属的，反光强，灰度值高。背景是陶瓷或者塑料的，反光弱，灰度值低。对比度增强就是让这种差异更明显。硬件实现用查找表。输入8位灰度，输出8位灰度。映射关系预先算好，固化在ROM里。”
钱兰立刻接话：“256乘8位的ROM，约2048个存储单元。面积很小，没问题。”
陈教授点了点头，手指移到下一个方框。
“最关键的一步，自适应二值化。”
他在方框旁边写了一行字：把灰度图像变成黑白二值图像（0＝背景，1＝焊盘）。
“为什么不能用固定阈值？因为光照不均匀。芯片中间和边缘的亮度可能不一样，固定阈值会导致中间焊盘能识别、边缘焊盘被漏掉。”
他抬起头，看着三个人。
“所以要用局部自适应阈值。取当前像素周围N乘N区域的灰度均值，以此为阈值。”
他在图上画了一个示意图，一个像素周围围着八个邻居，组成3乘3的区域。
“局部均值的计算不需要乘法器。九个像素的和可以用加法树实现，除以九可以用移位加法近似。”
诸葛彪开口了：“加法树的速度呢？”
“一个时钟周期。”陈教授说，“九个8位数相加，用三级加法树，每级延迟几十纳秒。一兆赫的时钟周期是一微秒，绰绰有余。”
他在纸上算了一下，然后抬起头。
“预处理部分，到此结束。输入模拟视频，输出二值化像素流。全部硬件实现，每一行像素进来，实时处理，实时输出，没有帧延迟。”
他在图纸上画了一条横线，表示第一部分结束。
然后翻开第三张图。
“第二步，特征提取。”
他的声音提高了一些，铅笔在纸上点了几下。
“这是整个算法中最核心、最巧妙的部分。”
吕辰盯着那张图，心跳微微加速。他知道，这才是真正的难点。
陈教授拿起粉笔，在黑板上画了一行二值化的像素：0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0。
“这一行像素，连续的白像素从第4列到第8列，长度5。我们可以把它压缩成一个线段：start=4, end=8, length=5。”
他在下面写了一行字：游程：[4,8]。
“硬件实现非常简单，只需要一个状态机加两个计数器。扫描一行像素，遇到从0变1就记录start，遇到从1变0就记录end，输出一个游程。”
钱兰在笔记本上飞快地记着，嘴里小声重复：“状态机加两个计数器。”
陈教授继续往下讲。
“有了游程，下一步是连通域标记。找出哪些游程属于同一个焊盘。”
他在黑板上画了三行像素的示意图，用红笔把重叠的部分圈出来。
“关键观察：当前行的游程和上一行的游程，如果列范围重叠，就属于同一个连通域。硬件实现只需要存储上一行的游程标记结果，每列一个标记。”
诸葛彪皱起了眉头：“每列一个标记？256列，就是256个标记。每个标记需要多少位？”
陈教授想了想：“最多同时有多少个焊盘在一行里？假设焊盘直径10个像素，一行最多二十几个焊盘。用5位标记就够了。256乘5等于1280位寄存器，可以接受。”
他顿了顿，铅笔在纸上点了一下。
“标记的时候有个麻烦，当前行的游程可能同时和上一行的两个游程重叠，那两个游程属于不同的连通域，但被当前行连在一起了。这叫‘等价标记’。”
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