主動、非接觸式的結構光3D掃描技術(2)
可編程圖形結構光
可編程圖形掃描儀使用具有數字空間光調制器（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，一個可編程結構光掃描儀能夠獲得更高的準確性，并且能夠根據環(huán)境光照條件、物體表面，以及物體光反射特性來改變圖形。
由于可編程圖形結構光需要顯示多個圖形，空間光調制器就成為此類掃描儀的一個關鍵組件。目前市面上有多項空間光調制技術，其中包括德州儀器（TI）DLP®技術，特別是DLP6500和DLP9000芯片組。
不同的結構光掃描算法要求SLM能夠產生二級制或灰度圖形中的一種，或者能夠產生這兩種圖形。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確度和運轉可靠耐用性。由于尺寸、冷卻和電池要求，系統(tǒng)設計將光通量和能效視為重中之重。
目前有很多對3D結構光圖形進行優(yōu)化的技術。其中一個特別有效的方法就是自適應圖形集。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。根據物體的顏色，可以選擇多變的顏色（光的波長）。自適應圖形提高了對表面質地復雜或者不連續(xù)的物體的掃描能力。
設計考慮
在設計可編程結構光解決方案時，有幾個重要的設計注意事項。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制器和圖形捕捉攝像頭的性能特性。SLM分辨率（像素數量）和掃描場尺寸（像素/mm）決定了可實現的精度。攝像頭的分辨率必須足夠大，根據采樣定理，通常情況下，應該至少為SLM像素密度的四倍。
掃描期間，任何的物體運動會使數據模糊不清，從而降低測量精度。為了實現所需的3D精度等級，物體運動的越快，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，也許需要從每秒數次到最高每秒數百次的圖形速率。
結論
機器和機器人視覺與其它3D應用正在使智能機器的能力越來越強。3D掃描隨著全新技術和算法的發(fā)展不斷進步。隨著處理和傳感器功能的不斷增強，而它們的成本逐漸走低，這些全新技術使終端用戶有了更大的選擇空間。采用結構光的主動、非接觸式3D掃描系統(tǒng)為用戶提供獨特的優(yōu)勢，不過必須根據特定的應用需求對這些系統(tǒng)進行評估。
作者：Pedro Gelabert博士；V. Pascal Nelson，德州儀器 (TI)
參考文獻
Geng, Jason：結構光3D表面成像：教程
Koninckx, Thomas P.和Gool, Luc Van：由自適應結構光實現的實時范圍采集
(責任編輯：admin)
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