采用基于TI DLP?技術的結構光實現高精度3D掃描

　　專業級3D手持掃描儀

　　專業級3D手持掃描儀是為專業人士和業余愛好者提供的以3D數據格式采集實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品設計、零件工程、3D內容創建或作為3D打印機的輸入信息。例如，在線零售商可以通過對其產品進行3D掃描，以真實、高質量的3D模型(而非2D圖片)在線呈現產品。游戲玩家可以對自己進行3D掃描并在游戲中創建自己的角色。

　　圖 7.臺式專業級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3D掃描技術來采集面部、指紋或虹膜特征是一種更安全可靠的生物識別方法，并會給黑客攻擊和其他攻擊帶來更大的難度(圖8)。

　　圖 8.基于3D掃描的指紋繪制

　　集成DLP技術的系統設計優勢

　　無論是檢查PCB質量還是制作精確的牙科配件，基于DLP技術的結構光3D掃描設備都具備許多顯而易見的系統優勢。DMD微鏡具有微秒級的快速切換性能以及每秒超過1000個圖案的8位相移速率，從而能夠達到高速數據采集率，以實現對在線測量非常有用的實時3D掃描。高速DLP芯片還具有編程靈活性，在運行中也可以動態地對圖案進行選擇和重新排序。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，同時也有助于提取用于分析的最準確的3D信息。可以控制圖像的持續時間和亮度，確保物體反射的最佳光量，并使相機的動態范圍最大化。

　　DLP技術可與各種光源結合使用，并兼容紫外(UV)，可見光和近紅外(NIR)波長(圖9)。這為基于目標物體的反射率來定制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建一個設備來測量多個物體。在設計下一代3D掃描設備時，汽車、工業和醫療公司尋求DLP芯片是有意義的。在使用DLP技術設計解決方案時，系統集成商能夠通過靈活的圖像控制和新的結構光算法進行創新。

　　圖 9.光譜

　　他們還可以優化光學架構，以匹配檢查掃描的關鍵分辨率和照明要求。令人振奮的是，開發者可以利用先進的可編程性將3D掃描提升到新的水平，從而優化在光譜域、空間域和時間域中的性能。

　　DLP產品組合的考慮因素

　　TI先進光控制產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芯片支持的波長范圍在363 nm至2500 nm之間，二進制圖形速率高達32 kHz，并且可提供更精確的像素精度控制。以下是具有先進光控制的DLP芯片組如何優化結構光系統的說明。

　　DMD特性

• 　　 分辨率 — 在撰寫這本刊物時，DMD的分辨率范圍就達到了0.2至410萬像素(MP)。在需要較大掃描區域或者光照強度較強的環境中時，傾向于使用較大的1-MP,2-MP或4-MP DMD。例如，汽車3D檢測在組裝和對準處理步驟時需要在明亮的工廠地板上的進行大區域掃描。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勢。

• 　　 波長— 用戶可以根據物體的反射特性在基于DLP技術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，發光二極管(LED)和激光器。DMD針對紫外(363-420nm)，可見光(400-700nm)和近紅外(700-2,500nm)進行了優化。對于生物識別3D掃描解決方案，近紅外波長因其不具有侵入性的特征而廣受青睞。紫外線有時是優化金屬反射特性的最佳選擇。LED光學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，而無需外部視頻處理器來傳輸圖像。

　　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多個結構光行列圖像(如，參見圖10)。1D圖像的特點是其信息可由單行或單列信息來表述。專業級3D手持掃描儀產品通常使用1D圖像來降低成本并提高掃描速度。更先進的控制器支持多達400個預存儲的2D全幀模式(例如，參見圖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掃描系統是至關重要的。

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

　　用于3D掃描的DLP產品

　　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DLP芯片的最新和完整列表，請參閱TI DLP技術。

　　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光學測量技術的擴展市場和用例的理想技術。TI提供多樣化的DLP芯片組合，可在個人電子產品中使用的小型、集成掃描引擎，以及工業檢測系統中使用的大型高分辨率圖案發生器。

　　DLP技術是3D掃描和機器視覺解決方案選擇的主要技術，因為它具有極高的多功能性，能夠以極高的速度定制圖案，并能夠與多個光源和波長配對。這種多功能性還可以推動客戶創新，并將3D掃描系統功能推向新的高度。

　　相關網站

• 　　 了解更多關于DLP技術的信息。

• 　　 利用評估模塊(EVM)來評估DLP技術在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 開發套件

• 　　 從TI Designs參考設計庫下載這些參考設計，并且可以通過使用DLP技術原理圖、布局文件、材料清單和測試報告加快產品開發的速度：

　　o DLP4500：面向 3D 機器視覺應用并采用 DLP 技術的精確點云生成

　　o DLP6500：采用DLP技術的工廠自動化用高分辨率3D掃描儀

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