采用基于TI DLP?技術(shù)的結構光實(shí)現高精度3D掃描

　　專(zhuān)業(yè)級3D手持掃描儀

　　專(zhuān)業(yè)級3D手持掃描儀是為專(zhuān)業(yè)人士和業(yè)余愛(ài)好者提供的以3D數據格式采集實(shí)物完整細節特征的便攜式工具(圖7)。

　　所采集的數據可以用于產(chǎn)品設計、零件工程、3D內容創(chuàng )建或作為3D打印機的輸入信息。例如，在線(xiàn)零售商可以通過(guò)對其產(chǎn)品進(jìn)行3D掃描，以真實(shí)、高質(zhì)量的3D模型(而非2D圖片)在線(xiàn)呈現產(chǎn)品。游戲玩家可以對自己進(jìn)行3D掃描并在游戲中創(chuàng )建自己的角色。

　　圖 7.臺式專(zhuān)業(yè)級3D掃描儀

　　3D生物識別和身份驗證

　　3D掃描在生物識別和身份驗證的應用方面不斷發(fā)展，通常用于安全鎖定或解鎖設備、安檢和金融交易。利用光學(xué)3D掃描技術(shù)來(lái)采集面部、指紋或虹膜特征是一種更安全可靠的生物識別方法，并會(huì )給黑客攻擊和其他攻擊帶來(lái)更大的難度(圖8)。

　　圖 8.基于3D掃描的指紋繪制

　　集成DLP技術(shù)的系統設計優(yōu)勢

　　無(wú)論是檢查PCB質(zhì)量還是制作精確的牙科配件，基于DLP技術(shù)的結構光3D掃描設備都具備許多顯而易見(jiàn)的系統優(yōu)勢。DMD微鏡具有微秒級的快速切換性能以及每秒超過(guò)1000個(gè)圖案的8位相移速率，從而能夠達到高速數據采集率，以實(shí)現對在線(xiàn)測量非常有用的實(shí)時(shí)3D掃描。高速DLP芯片還具有編程靈活性，在運行中也可以動(dòng)態(tài)地對圖案進(jìn)行選擇和重新排序。這有助于確保將最佳圖像應用于特定對象位置或特定視野內，同時(shí)也有助于提取用于分析的最準確的3D信息?？梢钥刂茍D像的持續時(shí)間和亮度，確保物體反射的最佳光量，并使相機的動(dòng)態(tài)范圍最大化。

　　DLP技術(shù)可與各種光源結合使用，并兼容紫外(UV)，可見(jiàn)光和近紅外(NIR)波長(cháng)(圖9)。這為基于目標物體的反射率來(lái)定制3D掃描系統提供了額外的通用性。DLP芯片可以與多種光源和相機相結合的靈活性使得可以輕松創(chuàng )建一個(gè)設備來(lái)測量多個(gè)物體。在設計下一代3D掃描設備時(shí)，汽車(chē)、工業(yè)和醫療公司尋求DLP芯片是有意義的。在使用DLP技術(shù)設計解決方案時(shí)，系統集成商能夠通過(guò)靈活的圖像控制和新的結構光算法進(jìn)行創(chuàng )新。

　　圖 9.光譜

　　他們還可以?xún)?yōu)化光學(xué)架構，以匹配檢查掃描的關(guān)鍵分辨率和照明要求。令人振奮的是，開(kāi)發(fā)者可以利用先進(jìn)的可編程性將3D掃描提升到新的水平，從而優(yōu)化在光譜域、空間域和時(shí)間域中的性能。

　　DLP產(chǎn)品組合的考慮因素

　　TI先進(jìn)光控制產(chǎn)品組合提供超越傳統顯示器的DMD和配套控制器成像功能。更值得一提的是，DMD芯片支持的波長(cháng)范圍在363 nm至2500 nm之間，二進(jìn)制圖形速率高達32 kHz，并且可提供更精確的像素精度控制。以下是具有先進(jìn)光控制的DLP芯片組如何優(yōu)化結構光系統的說(shuō)明。

　　DMD特性

• 　　 分辨率 — 在撰寫(xiě)這本刊物時(shí)，DMD的分辨率范圍就達到了0.2至410萬(wàn)像素(MP)。在需要較大掃描區域或者光照強度較強的環(huán)境中時(shí)，傾向于使用較大的1-MP,2-MP或4-MP DMD。例如，汽車(chē)3D檢測在組裝和對準處理步驟時(shí)需要在明亮的工廠(chǎng)地板上的進(jìn)行大區域掃描。小于1-MP的DMD傾向于放置在比較便攜和低功耗的小型手持或臺式設備中。

• 　　 電源 — 最小的芯片組功耗低于200mW，非常適合便攜式或電池供電系統。例如，口腔內掃描儀就是充分利用小型DMD的外形因素以及它具有適用于電池供電的低功耗特性的優(yōu)勢。

• 　　 波長(cháng)— 用戶(hù)可以根據物體的反射特性在基于DLP技術(shù)的系統中調整顏色和照明強度。因為DMD可以與各種光源組合，包括燈，發(fā)光二極管(LED)和激光器。DMD針對紫外(363-420nm)，可見(jiàn)光(400-700nm)和近紅外(700-2,500nm)進(jìn)行了優(yōu)化。對于生物識別3D掃描解決方案，近紅外波長(cháng)因其不具有侵入性的特征而廣受青睞。紫外線(xiàn)有時(shí)是優(yōu)化金屬反射特性的最佳選擇。LED光學(xué)激光器是針對白光圖像的節能單色解決方案。

　　控制器特性

　　l 預存模式— DLP控制器為可靠、高速的DMD控制提供了方便的接口。它們支持預存儲的結構光圖像，而無(wú)需外部視頻處理器來(lái)傳輸圖像。

　　圖 10.1D圖像示例

　　一些DLP控制器可以使用一維(1D)編碼預先存儲1000多個(gè)結構光行列圖像(如，參見(jiàn)圖10)。1D圖像的特點(diǎn)是其信息可由單行或單列信息來(lái)表述。專(zhuān)業(yè)級3D手持掃描儀產(chǎn)品通常使用1D圖像來(lái)降低成本并提高掃描速度。更先進(jìn)的控制器支持多達400個(gè)預存儲的2D全幀模式(例如，參見(jiàn)圖11)，根據應用程序的需要或被掃描的對象，可以更適應于X和Y。

　　圖 11.2D圖像示例

　　l 圖像精度和速度— DLP控制器設計用于顯示適合機器視覺(jué)或數字曝光的圖案，并支持可變高速圖案顯示速率，每秒高達32000個(gè)圖案，且具有相機同步功能。這些圖像速率對于高精度和高速3D掃描系統是至關(guān)重要的。

　　從簡(jiǎn)單到復雜的系統，DLP技術(shù)在設計定制的結構光系統硬件和算法時(shí)為客戶(hù)提供了令人難以置信的圖像靈活性。

　　用于3D掃描的DLP產(chǎn)品

　　TI提供了一系列的DLP芯片組，以適應不同的3D掃描要求，如下表1所示。有關(guān)DLP芯片的最新和完整列表，請參閱TI DLP技術(shù)。

　　表1.可以顯示有用的3D掃描規范的DLP芯片組組合

　　概要

　　使用結構光的3D掃描是用于需要3D光學(xué)測量技術(shù)的擴展市場(chǎng)和用例的理想技術(shù)。TI提供多樣化的DLP芯片組合，可在個(gè)人電子產(chǎn)品中使用的小型、集成掃描引擎，以及工業(yè)檢測系統中使用的大型高分辨率圖案發(fā)生器。

　　DLP技術(shù)是3D掃描和機器視覺(jué)解決方案選擇的主要技術(shù)，因為它具有極高的多功能性，能夠以極高的速度定制圖案，并能夠與多個(gè)光源和波長(cháng)配對。這種多功能性還可以推動(dòng)客戶(hù)創(chuàng )新，并將3D掃描系統功能推向新的高度。

　　相關(guān)網(wǎng)站

• 　　 了解更多關(guān)于DLP技術(shù)的信息。

• 　　 利用評估模塊(EVM)來(lái)評估DLP技術(shù)在3D掃描中的應用：

　　o DLP LightCrafter 4500 評估模塊

　　o DLP LightCrafter 6500 評估模塊

　　o DLP LightCrafter 9000 評估模塊

　　o DLP Discovery 4100 開(kāi)發(fā)套件

• 　　 從TI Designs參考設計庫下載這些參考設計，并且可以通過(guò)使用DLP技術(shù)原理圖、布局文件、材料清單和測試報告加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度：

　　o DLP4500：面向 3D 機器視覺(jué)應用并采用 DLP 技術(shù)的精確點(diǎn)云生成

　　o DLP6500：采用DLP技術(shù)的工廠(chǎng)自動(dòng)化用高分辨率3D掃描儀

• 　　 聯(lián)系光學(xué)設計制造商(ODM)以獲得可用于生產(chǎn)的光學(xué)模塊：

　　o Pico芯片組 - 購買(mǎi)光學(xué)引擎

　　o 先進(jìn)光控制 - 光學(xué)和電子。

• 　　 聯(lián)系設計公司獲取專(zhuān)屬解決方案：

　　o Pico芯片組

　　o 設計服務(wù)提供商

• 　　 請訪(fǎng)問(wèn) 德州儀器中文技術(shù)支持社區的DLP產(chǎn)品和MEMS論壇，尋找解決方案，獲得幫助，并與同行工程師和TI專(zhuān)家分享知識和解決難題。