DLP芯片組與3D機(jī)器視覺(jué)

3D機(jī)器視覺(jué)一直都是前沿的熱門領(lǐng)域，視覺(jué)傳感在當(dāng)今的機(jī)器人應(yīng)用、自動(dòng)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(gè)物體的表面積、體積和形體尺寸。在用來(lái)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(guò)檢測(cè)圖形被投射到另一物體上的扭曲和變形，再經(jīng)過(guò)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(diǎn)云數(shù)據(jù)。視覺(jué)能力與點(diǎn)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(jí)分辨率的快速高精度掃描時(shí)，TI DLP技術(shù)的結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)在業(yè)內(nèi)可以說(shuō)是享有盛譽(yù)，可以通過(guò)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(lái)輕松構(gòu)建3D點(diǎn)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(guò)數(shù)字信號(hào)控制每一個(gè)鏡片單獨(dú)去做偏轉(zhuǎn)動(dòng)作，當(dāng)光線投射在DMD芯片時(shí)，根據(jù)鏡片的偏轉(zhuǎn)方向光線會(huì)傳導(dǎo)到不同的角度，從而實(shí)現(xiàn)顯示。最早的DMD器件只有840個(gè)微鏡，如今一個(gè)DMD器件中擁有最多800萬(wàn)個(gè)微鏡構(gòu)建于相應(yīng)的CMOS存儲(chǔ)單元上。DMD芯片支持的波長(zhǎng)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(shí)時(shí)獲取移動(dòng)物體的3D掃描數(shù)據(jù)，再通過(guò)使用自適應(yīng)圖形集，進(jìn)一步優(yōu)化DLP系統(tǒng)對(duì)多個(gè)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(guò)400萬(wàn)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(huì)更適用，機(jī)器視覺(jué)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(jiàn)。

針對(duì)紫外、可見(jiàn)光以及近紅外不同波長(zhǎng)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(shí)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(kāi)關(guān)，對(duì)顏色、距離、運(yùn)動(dòng)以及環(huán)境的最低敏感度提升了器件長(zhǎng)時(shí)間處于工況下，以及整個(gè)溫度范圍內(nèi)的性能。

針對(duì)3D機(jī)器視覺(jué)的DLP

對(duì)于機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，如何選擇最佳的DLP芯片組取決于檢測(cè)物體的形體尺寸、圖形速度和系統(tǒng)外形尺寸。同時(shí)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(cè)器結(jié)合使用可取代昂貴的基于InGaAs陣列的檢測(cè)器設(shè)計(jì)。這一特色還體現(xiàn)在器件與多個(gè)光源和波長(zhǎng)配對(duì)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(jué)中有著諸多應(yīng)用，一般在此類DMD中微鏡數(shù)會(huì)超過(guò)四百萬(wàn)。超高分辨率直接體現(xiàn)在對(duì)于大型物體的識(shí)別直接提升機(jī)器視覺(jué)的掃描能力。因?yàn)槠淇删幊绦?，在光譜域、空間域、以及時(shí)間域中的性能都會(huì)優(yōu)化。準(zhǔn)確地說(shuō)，在器件工作時(shí)，能夠動(dòng)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(lái)自DLP7000，是DLP系列組合中模式速率最快的。對(duì)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(xiàng)的設(shè)計(jì)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(huì)支持預(yù)存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)光圖像，不需要外部視頻處理器來(lái)傳輸圖像，這樣對(duì)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(shí)現(xiàn)更高性能的3D機(jī)器視覺(jué)掃描。