楼永坚 黄晗骋 林斌

摘要：结合结构光投影三维扫描的原理，设计了数字微镜器件（DMD）作为结构光的发生装置，主控芯片为FPGA，实现了高速的DMD的控制和相机的同步采集。搭建了一个嵌入式三维扫描光学平台，并应用四步相移法完成实验。首先指定不同方向和周期的正弦条纹结构光，同步采集图像；然后通过软件设计完成对采集图像的预处理、相位的解调、相位的展开、相位 高度映射还原得到三维的深度信息并建模；最终获得最高464.8帧/s不同方向和周期的正弦条纹结构光显示，达到194帧/s的相机触发采集，三维扫描效果图清晰，还原和重建效果理想。

关键词：三维扫描； 数字微镜器件（DMD）； PWM调制； 四步相移法

中图分类号： TN 247 文献标志码： A doi： 10.3969/j.issn.1005 5630.2018.03.012

Abstract： According to the principle of the 3D scanning structured light projection，we design the DMD（digital micromirror device） as a generator of the structured light and use FPGA as the master chip of the device to achieve high speed DMD camera control and synchronization acquisition.We build an embedded 3D scanning optical platform and apply the four step phase shift method to complete the experiments.First，we project different directions and periods of the sinusoidal fringe structure light and acquire image synchronously.Then，we design a software to complete the pre processing of the captured images，phase demodulation，expansion of the phase，and phase height mapping to give a 3D depth information and modeling.Finally we obtain 464 . 8 frames per second in the different directions and periods of the sinusoidal fringe structure light and realize the camera trigger acquisition with 194 frames per second.The 3D scanning image is clear and the restored and reconstructed images are good.

Keywords：

3D scanning； digital micromirror device（DMD）； PWM modulation； four steps phase shift method

引 言

光學三维扫描技术是以计算机为基础，融合现代光学、计算机图形学、电子学、信号处理学等多学科的专业技术，通常包含图像投影设备和图像采集设备。随着国内外学者对光学三维扫描技术的研究不断深入，基于各种测量原理提出了多种测量方法，其中投影结构光法具有结构简单、分辨率高、精度高、速度快和价格便宜等优点，20世纪90年代后期该方法与数字投影技术、数码相机技术和计算机技术相结合，使相位编码、结构光投影到图像记录、信息处理与显示等完全数字化处理，因此在三维轮廓测量领域的应用越来越广泛[1]。

在结构光三维扫描系统中，商用投影仪的传输和显示速度慢，会引入Gamma误差，同时物理光栅响应速度慢，控制结构复杂，成本高，局限性大，这些因素直接影响了三维扫描效果。……