DLP芯片組與3D機(jī)器視覺

3D機(jī)器視覺一直都是前沿的熱門領(lǐng)域，視覺傳感在當(dāng)今的機(jī)器人應(yīng)用、自動駕駛應(yīng)用領(lǐng)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(xué)技術(shù)里，結(jié)構(gòu)光是一類應(yīng)用頗多的方法。

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(zhuǎn)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(guān)。當(dāng)需要進(jìn)行毫米甚至微米級分辨率的快速高精度掃描時，TI DLP技術(shù)的結(jié)構(gòu)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(shù)與攝像頭、傳感器、電機(jī)和其他外設(shè)集成來輕松構(gòu)建3D點云，能夠靈活控制工業(yè)、醫(yī)療和安全應(yīng)用的高分辨率精確圖形。

DLP技術(shù)的核心——DMD成像器件

在DLP技術(shù)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(zhuǎn)動作，當(dāng)光線投射在DMD芯片時，根據(jù)鏡片的偏轉(zhuǎn)方向光線會傳導(dǎo)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(gòu)建于相應(yīng)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(dá)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(yīng)圖形集，進(jìn)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(zhǔn)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(qiáng)度較強(qiáng)的環(huán)境中，較大MP的DMD器件會更適用，機(jī)器視覺應(yīng)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(shè)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(qiáng)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(guān)，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(jī)器視覺的DLP

對于機(jī)器視覺應(yīng)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。


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(zhǔn)確且高效地操控近紅外光以及生成圖案。雖然這里把它當(dāng)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(jié)合使用可取代昂貴的基于InGaAs陣列的檢測器設(shè)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?qū)崿F(xiàn)更多功能。

超高分辨率的DLP芯片組在機(jī)器視覺中有著諸多應(yīng)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(jī)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(zhǔn)確地說，在器件工作時，能夠動態(tài)地將圖案進(jìn)行選擇和重新排序，有助于提取最準(zhǔn)確的3D信息。

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(shè)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(yù)存儲的結(jié)構(gòu)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(dá)到高刷的上限。如果控制器還具有相機(jī)同步功能，那將進(jìn)一步增強(qiáng)圖像速率，實現(xiàn)更高性能的3D機(jī)器視覺掃描。