采用基于TI DLP®技术的结构光实现高精度3D扫描
专业级3D手持扫描仪
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201808/389881.htm专业级3D手持扫描仪是为专业人士和业余爱好者提供的以3D数据格式采集实物完整细节特征的便携式工具(图7)。
所采集的数据可以用于产品设计、零件工程、3D内容创建或作为3D打印机的输入信息。例如，在线零售商可以通过对其产品进行3D扫描，以真实、高质量的3D模型(而非2D图片)在线呈现产品。游戏玩家可以对自己进行3D扫描并在游戏中创建自己的角色。
图 7.台式专业级3D扫描仪
3D生物识别和身份验证
3D扫描在生物识别和身份验证的应用方面不断发展，通常用于安全锁定或解锁设备、安检和金融交易。利用光学3D扫描技术来采集面部、指纹或虹膜特征是一种更安全可靠的生物识别方法，并会给黑客攻击和其他攻击带来更大的难度(图8)。
图 8.基于3D扫描的指纹绘制
集成DLP技术的系统设计优势
无论是检查PCB质量还是制作精确的牙科配件，基于DLP技术的结构光3D扫描设备都具备许多显而易见的系统优势。DMD微镜具有微秒级的快速切换性能以及每秒超过1000个图案的8位相移速率，从而能够达到高速数据采集率，以实现对在线测量非常有用的实时3D扫描。高速DLP芯片还具有编程灵活性，在运行中也可以动态地对图案进行选择和重新排序。这有助于确保将最佳图像应用于特定对象位置或特定视野内，同时也有助于提取用于分析的最准确的3D信息。可以控制图像的持续时间和亮度，确保物体反射的最佳光量，并使相机的动态范围最大化。
DLP技术可与各种光源结合使用，并兼容紫外(UV)，可见光和近红外(NIR)波长(图9)。这为基于目标物体的反射率来定制3D扫描系统提供了额外的通用性。DLP芯片可以与多种光源和相机相结合的灵活性使得可以轻松创建一个设备来测量多个物体。在设计下一代3D扫描设备时，汽车、工业和医疗公司寻求DLP芯片是有意义的。在使用DLP技术设计解决方案时，系统集成商能够通过灵活的图像控制和新的结构光算法进行创新。
图 9.光谱
他们还可以优化光学架构，以匹配检查扫描的关键分辨率和照明要求。令人振奋的是，开发者可以利用先进的可编程性将3D扫描提升到新的水平，从而优化在光谱域、空间域和时间域中的性能。
DLP产品组合的考虑因素
TI先进光控制产品组合提供超越传统显示器的DMD和配套控制器成像功能。更值得一提的是，DMD芯片支持的波长范围在363 nm至2500 nm之间，二进制图形速率高达32 kHz，并且可提供更精确的像素精度控制。以下是具有先进光控制的DLP芯片组如何优化结构光系统的说明。
DMD特性
分辨率 — 在撰写这本刊物时，DMD的分辨率范围就达到了0.2至410万像素(MP)。在需要较大扫描区域或者光照强度较强的环境中时，倾向于使用较大的1-MP,2-MP或4-MP DMD。例如，汽车3D检测在组装和对准处理步骤时需要在明亮的工厂地板上的进行大区域扫描。小于1-MP的DMD倾向于放置在比较便携和低功耗的小型手持或台式设备中。
电源 — 最小的芯片组功耗低于200mW，非常适合便携式或电池供电系统。例如，口腔内扫描仪就是充分利用小型DMD的外形因素以及它具有适用于电池供电的低功耗特性的优势。
波长— 用户可以根据物体的反射特性在基于DLP技术的系统中调整颜色和照明强度。因为DMD可以与各种光源组合，包括灯，发光二极管(LED)和激光器。DMD针对紫外(363-420nm)，可见光(400-700nm)和近红外(700-2,500nm)进行了优化。对于生物识别3D扫描解决方案，近红外波长因其不具有侵入性的特征而广受青睐。紫外线有时是优化金属反射特性的最佳选择。LED光学激光器是针对白光图像的节能单色解决方案。
控制器特性
l 预存模式— DLP控制器为可靠、高速的DMD控制提供了方便的接口。它们支持预存储的结构光图像，而无需外部视频处理器来传输图像。
图 10.1D图像示例
一些DLP控制器可以使用一维(1D)编码预先存储1000多个结构光行列图像(如，参见图10)。1D图像的特点是其信息可由单行或单列信息来表述。专业级3D手持扫描仪产品通常使用1D图像来降低成本并提高扫描速度。更先进的控制器支持多达400个预存储的2D全帧模式(例如，参见图11)，根据应用程序的需要或被扫描的对象，可以更适应于X和Y。
图 11.2D图像示例
l 图像精度和速度— DLP控制器设计用于显示适合机器视觉或数字曝光的图案，并支持可变高速图案显示速率，每秒高达32000个图案，且具有相机同步功能。这些图像速率对于高精度和高速3D扫描系统是至关重要的。
从简单到复杂的系统，DLP技术在设计定制的结构光系统硬件和算法时为客户提供了令人难以置信的图像灵活性。
用于3D扫描的DLP产品
TI提供了一系列的DLP芯片组，以适应不同的3D扫描要求，如下表1所示。有关DLP芯片的最新和完整列表，请参阅TI DLP技术。
表1.可以显示有用的3D扫描规范的DLP芯片组组合
概要
使用结构光的3D扫描是用于需要3D光学测量技术的扩展市场和用例的理想技术。TI提供多样化的DLP芯片组合，可在个人电子产品中使用的小型、集成扫描引擎，以及工业检测系统中使用的大型高分辨率图案发生器。
DLP技术是3D扫描和机器视觉解决方案选择的主要技术，因为它具有极高的多功能性，能够以极高的速度定制图案，并能够与多个光源和波长配对。这种多功能性还可以推动客户创新，并将3D扫描系统功能推向新的高度。
相关网站
了解更多关于DLP技术的信息。
利用评估模块(EVM)来评估DLP技术在3D扫描中的应用：
o DLP LightCrafter 4500 评估模块
o DLP LightCrafter 6500 评估模块
o DLP LightCrafter 9000 评估模块
o DLP Discovery 4100 开发套件
从TI Designs参考设计库下载这些参考设计，并且可以通过使用DLP技术原理图、布局文件、材料清单和测试报告加快产品开发的速度：
o DLP4500：面向 3D 机器视觉应用并采用 DLP 技术的精确点云生成
o DLP6500：采用DLP技术的工厂自动化用高分辨率3D扫描仪
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请访问 德州仪器中文技术支持社区的DLP产品和MEMS论坛，寻找解决方案，获得帮助，并与同行工程师和TI专家分享知识和解决难题。
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