基于数字微镜器件的3D信息获取系统设计与实现

• 作 者: 方挺
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 数字微镜器件 系统设计 3D获取 结构光 无标定算法

3D打印、3D显示等3D技术成果近年来逐渐成为人们追捧的热点。3D技术的一个重要的过程便是3D信息的获取。其中结构光3D信息获取方案以其成本低廉、操作便捷、成像快速等优点在生物医学、文物保护、逆向工程等领域获得了广泛的研究与应用。结构光3D信息获取流程主要包括系统标定、结构光编解码、3D点云数据提取和3D表面重构。经过标定过程的结构光系统获取的3D点云数据精准可靠,但是标定步骤复杂,标定参数众多并且在3D点云提取过程中涉及大量的矩阵和向量运算。因此,在精度要求不高的3D重构场合,本文提出了一种无标定的3D信息获取方法,利用基于时间调制的格雷码结构光编解码方案,极大地简化了3D信息获取的操作,降低了3D点云提取的运算难度。为了验证本文提出的无标定3D信息获取方案,本文利用数字微镜器件产生结构光图案,独立完成高速硬件电路设计,编写PC、MCU和FPGA协同工作的系统控制软件,并实现了无标定3D信息获取的算法,包括图像二值化、结构光解码、畸变量获得和3D点云提取。本文还对系统性能进行测试以及对系统3D信息获取的结果进行展示。同时,本文所设计的3D信息获取系统还具备高速结构光产生与切换的特性,为快速3D信息获取乃至动态3D重构提供了硬件基础。