可編程圖形結(jié)構(gòu)光

可編程圖形掃描儀使用具有數(shù)字空間光調(diào)制器（SLM）的激光或LED光源將一系列圖形投射到物體表面上。通過使用多個圖形，一個可編程結(jié)構(gòu)光掃描儀能夠獲得更高的準(zhǔn)確性，并且能夠根據(jù)環(huán)境光照條件、物體表面，以及物體光反射特性來改變圖形。

由于可編程圖形結(jié)構(gòu)光需要顯示多個圖形，空間光調(diào)制器就成為此類掃描儀的一個關(guān)鍵組件。目前市面上有多項空間光調(diào)制技術(shù)，其中包括德州儀器（TI）DLP®技術(shù)，特別是DLP6500和DLP9000芯片組。   

不同的結(jié)構(gòu)光掃描算法要求SLM能夠產(chǎn)生二級制或灰度圖形中的一種，或者能夠產(chǎn)生這兩種圖形。高對比度圖形有助于在處理不斷變化的物體反射率和環(huán)境光條件時盡可能提高準(zhǔn)確度和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠耐用性。由于尺寸、冷卻和電池要求，系統(tǒng)設(shè)計將光通量和能效視為重中之重。

目前有很多對3D結(jié)構(gòu)光圖形進(jìn)行優(yōu)化的技術(shù)。其中一個特別有效的方法就是自適應(yīng)圖形集。算法確定了圖形與波長的最佳組合，以提高被掃描物體的分辨率。根據(jù)物體的顏色，可以選擇多變的顏色（光的波長）。自適應(yīng)圖形提高了對表面質(zhì)地復(fù)雜或者不連續(xù)的物體的掃描能力。

設(shè)計考慮

在設(shè)計可編程結(jié)構(gòu)光解決方案時，有幾個重要的設(shè)計注意事項。被測量物體的尺寸和距離以及3D測量所要求的空間精度決定了所需的空間光調(diào)制器和圖形捕捉攝像頭的性能特性。SLM分辨率（像素數(shù)量）和掃描場尺寸（像素/mm）決定了可實現(xiàn)的精度。攝像頭的分辨率必須足夠大，根據(jù)采樣定理，通常情況下，應(yīng)該至少為SLM像素密度的四倍。

掃描期間，任何的物體運(yùn)動會使數(shù)據(jù)模糊不清，從而降低測量精度。為了實現(xiàn)所需的3D精度等級，物體運(yùn)動的越快，就必須越快速地執(zhí)行一個完整掃描。越快的掃描需要更快速的空間光調(diào)制器和幀捕捉速率更高的攝像頭，而亮度更高的圖形照明也會對快速掃描有所幫助。在不同的3D測量系統(tǒng)中，也許需要從每秒數(shù)次到最高每秒數(shù)百次的圖形速率。

結(jié)論

機(jī)器和機(jī)器人視覺與其它3D應(yīng)用正在使智能機(jī)器的能力越來越強(qiáng)。3D掃描隨著全新技術(shù)和算法的發(fā)展不斷進(jìn)步。隨著處理和傳感器功能的不斷增強(qiáng)，而它們的成本逐漸走低，這些全新技術(shù)使終端用戶有了更大的選擇空間。采用結(jié)構(gòu)光的主動、非接觸式3D掃描系統(tǒng)為用戶提供獨(dú)特的優(yōu)勢，不過必須根據(jù)特定的應(yīng)用需求對這些系統(tǒng)進(jìn)行評估。

作者：Pedro Gelabert博士；V. Pascal Nelson，德州儀器 (TI)

參考文獻(xiàn)

Geng, Jason：結(jié)構(gòu)光3D表面成像：教程

Koninckx, Thomas P.和Gool, Luc Van：由自適應(yīng)結(jié)構(gòu)光實現(xiàn)的實時范圍采集

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