基于DLP的嵌入式結(jié)構(gòu)光三維掃描系統(tǒng).pdf

1、光學(xué)三維掃描技術(shù)是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的智能化、可視化的高新技術(shù)，在自動(dòng)化檢測(cè)、工業(yè)設(shè)計(jì)、生物醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)和一些逆向工程領(lǐng)域被廣泛研究和應(yīng)用。近些年來(lái)，三維掃描儀的熱度在不斷上升，對(duì)快速的、便攜式的三維掃描儀關(guān)注度尤為突出。
　　本文針對(duì)研究現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了結(jié)構(gòu)光投影三維掃描的原理和流程，對(duì)DMD（數(shù)字微鏡器件）進(jìn)行設(shè)計(jì)，作為結(jié)構(gòu)光的發(fā)生裝置，并且用FPGA作為裝置的主控芯片，實(shí)現(xiàn)高速的DMD的控制和相機(jī)的同步采集。根

2、據(jù)設(shè)計(jì)思路，在光學(xué)平臺(tái)上搭建了三維掃描系統(tǒng)，并應(yīng)用四步相移法完成三維掃描實(shí)驗(yàn)。本文的具體研究工作如下:
　　(1)本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于DMD的結(jié)構(gòu)光發(fā)生器。本系統(tǒng)使用了TI公司的DLPDiscovery4100的開(kāi)發(fā)套件，其中包括了0.7XGA2xLVDS A類(lèi)DMD，Xilinx Virtex-5FPGA作為主控芯片，以及鎂光的64位SO-DIMM的DDR2 SDRAM。系統(tǒng)通過(guò)PWM調(diào)制，完成高速地DMD灰度圖顯示，可以根據(jù)使

3、用者需要生成了不同方向、不同周期的正弦條紋結(jié)構(gòu)光，并可以將其清晰、快速地投影顯示。
　　(2)本文通過(guò)主控芯片F(xiàn)PGA同步DMD的顯示刷新和相機(jī)采集曝光，完成了高速相機(jī)對(duì)正弦條紋投影的同步觸發(fā)和采集。本系統(tǒng)中使用了JAI的RM系列的高速相機(jī)，分辨率為640×480，最高可以進(jìn)行200Hz的幀率。通過(guò)對(duì)JAI相機(jī)的控制，實(shí)時(shí)完整地采集高速投影的正弦條紋灰度圖，用于后續(xù)的三維掃描實(shí)驗(yàn)。
　　(3)本文結(jié)合結(jié)構(gòu)光投影三維掃描的原理

4、，根據(jù)本文的硬件設(shè)計(jì)，在光學(xué)平臺(tái)上搭建三維掃描系統(tǒng)，完成基于傳統(tǒng)的四步相移法三維結(jié)構(gòu)光掃描。系統(tǒng)根據(jù)使用者需求投影指定方向、指定周期的正弦條紋結(jié)構(gòu)光，同步采集圖像，然后通過(guò)軟件設(shè)計(jì)完成對(duì)采集圖像的預(yù)處理、相位解調(diào)、相位展開(kāi)、相位一高度映射還原得到三維的深度信息并建模。
　　本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以完成最高每秒464.8幀不同方向、不同周期的正弦條紋結(jié)構(gòu)光顯示，并且完成了每秒194幀的相機(jī)觸發(fā)采集，最終獲得清晰、深度信息豐富的三維掃描的