3D機器視覺一直都是前沿的熱門領域,視覺傳感在當今的機器人應用、自動駕駛應用領域都有著非常重要的地位。借助數(shù)字化3D掃描數(shù)據(jù),可以提取一個物體的表面積、體積和形體尺寸。在用來捕捉物體物理尺寸的光學技術里,結構光是一類應用頗多的方法。
(結構光示例,TI)
通過檢測圖形被投射到另一物體上的扭曲和變形,再經(jīng)過圖像處理和三角剖分算法將這些扭曲和變形轉換為3D點云數(shù)據(jù)。視覺能力與點云生成的精確與否直接相關。當需要進行毫米甚至微米級分辨率的快速高精度掃描時,TI DLP技術的結構光系統(tǒng)在業(yè)內(nèi)可以說是享有盛譽,可以通過將TI的數(shù)字微鏡器件(DMD)技術與攝像頭、傳感器、電機和其他外設集成來輕松構建3D點云,能夠靈活控制工業(yè)、醫(yī)療和安全應用的高分辨率精確圖形。
DLP技術的核心——DMD成像器件
在DLP技術里,最核心的器件是DMD成像器件。DMD成像器件中排列了很多小鏡片,通過數(shù)字信號控制每一個鏡片單獨去做偏轉動作,當光線投射在DMD芯片時,根據(jù)鏡片的偏轉方向光線會傳導到不同的角度,從而實現(xiàn)顯示。最早的DMD器件只有840個微鏡,如今一個DMD器件中擁有最多800萬個微鏡構建于相應的CMOS存儲單元上。DMD芯片支持的波長范圍下至355nm的紫外線,上至2500nm的紅外線,擁有高達32kHz的快速、可編程圖形刷新率。這意味著可以實時獲取移動物體的3D掃描數(shù)據(jù),再通過使用自適應圖形集,進一步優(yōu)化DLP系統(tǒng)對多個物體和環(huán)境的掃描速度和準確度。
分辨率是DMD芯片最重要的特征之一,DMD芯片的范圍目前可以覆蓋很廣的像素,最高超過400萬像素。在較大的掃描區(qū)域內(nèi)或者是光照強度較強的環(huán)境中,較大MP的DMD器件會更適用,機器視覺應用多使用此類器件,小于1-MP的DMD器件一般在便攜的低功耗小型設備中更為常見。
針對紫外、可見光以及近紅外不同波長的不同反射特性,DLP系統(tǒng)可以調(diào)整顏色和照明強度,這些優(yōu)化讓器件能更容易地與各種光源組合,組合用于生物3D識別的近紅外波,用于優(yōu)化金屬反射特性的紫外線等等。DLP系統(tǒng)中使用了反射、可靠MEMS微鏡的數(shù)組開關,對顏色、距離、運動以及環(huán)境的最低敏感度提升了器件長時間處于工況下,以及整個溫度范圍內(nèi)的性能。
針對3D機器視覺的DLP
對于機器視覺應用來說,如何選擇最佳的DLP芯片組取決于檢測物體的形體尺寸、圖形速度和系統(tǒng)外形尺寸。同時還需要考慮芯片組本身的特性,例如可移植性、分辨率特性、速度特性。
(3D機器視覺DLP方案,TI)
以DLP4500 為例,DLP4500在可移植性上較為突出,可用作空間光調(diào)制器SLM,以快速、準確且高效地操控近紅外光以及生成圖案。雖然這里把它當作了可移植性高的代表,但是其912×1140的分辨率陣列也不低了,加之緊湊的外形,DLP4500 DMD與單元件探測器結合使用可取代昂貴的基于InGaAs陣列的檢測器設計。這一特色還體現(xiàn)在器件與多個光源和波長配對后,能夠實現(xiàn)更多功能。
超高分辨率的DLP芯片組在機器視覺中有著諸多應用,一般在此類DMD中微鏡數(shù)會超過四百萬。超高分辨率直接體現(xiàn)在對于大型物體的識別直接提升機器視覺的掃描能力。因為其可編程性,在光譜域、空間域、以及時間域中的性能都會優(yōu)化。準確地說,在器件工作時,能夠動態(tài)地將圖案進行選擇和重新排序,有助于提取最準確的3D信息。
(DLP芯片組,TI)
至于高速特性,目前最大圖像速率是32552Hz(1位圖形速率),來自DLP7000,是DLP系列組合中模式速率最快的。對于需要DLP產(chǎn)品組合中的最大像素間距和最快圖形速率選項的設計人員而言,這是目前最高性能的選擇。
寫在最后
在DLP芯片組中,除了DMD,其配套的控制器也很重要。DLP控制器會支持預存儲的結構光圖像,不需要外部視頻處理器來傳輸圖像,這樣對于器件的高速顯示很有幫助,否則器件很難達到高刷的上限。如果控制器還具有相機同步功能,那將進一步增強圖像速率,實現(xiàn)更高性能的3D機器視覺掃描。
審核編輯 :李倩
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原文標題:DLP芯片組與3D機器視覺
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