[發明專利]基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統

有效

• 申請號: 201610095499.8
• 申請日: 2016-02-22
• 公開（公告）號: CN105657403B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 易喜林
• 申請（專利權）人: 易喜林
• 主分類號: H04N13/00
• 分類號: H04N13/00;H04N13/10;H04N13/20
• 代理公司: 深圳市深弘廣聯知識產權代理事務所(普通合伙) 44449
• 代理人: 向用秀

1.一種基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統，其特征在于，包括FPGA主控電路板、相機、投影機、轉盤和PC端，所述PC端與相機和FPGA主控電路板電連接，所述FPGA主控電路板與相機、投影機和轉盤電連接；

所述FPGA主控電路板包括FPGA芯片和視頻轉換模塊，所述FPGA芯片上設有CPU、同步積分模塊，所述同步積分模塊同時與相機和視頻轉換模塊電連接；所述視頻轉換模塊與投影機電連接；

所述同步積分模塊輸出結構光光柵條紋視頻給視頻轉換模塊，所述視頻轉換模塊輸送視頻信號給投影機，投影機在輸出延時值之前輸出相機外同步積分信號，經同步積分模塊傳遞給相機，使相機與投影機同步工作；所述投影機輸出的延時值為定值；

所述FPGA主控電路板還包括SRAM存儲模塊、電機驅動模塊和電源模塊；所述SRAM存儲模塊、視頻轉換模塊、電機驅動模塊和電源模塊都與FPGA芯片電連接，所述電機驅動模塊與轉盤電連接；所述FPGA芯片上還設有SRAM切換模塊和FLASH存儲模塊，所述SRAM切換模塊與SRAM存儲模塊進行數據交互；

所述電機驅動模塊與同步積分模塊電連接，所述相機和投影機工作的同時，CPU控制電機驅動模塊對轉盤分時或實時控制轉盤的的角度、速度和方向；

通過CPU和同步積分模塊，從電路系統上直接傳送投影機需投射的系列條紋，并精準控制相機的采集觸發，以清晰采集由投影機投影的每幅系列條紋圖紋；

所述SRAM切換模塊在非圖像接收的時候設定為輸出顯示功能，不影響CPU的工作時間占用；

所述投影機投射的系列條紋采用變換式相位三角波或弦波。

2.根據權利要求1所述的基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統，其特征在于，所述視頻轉換模塊為DAC模塊或HDMI模塊，當結構光光柵條紋視頻經過DAC模塊進行處理時，輸出VGA視頻信號給投影機，當結構光光柵條紋視頻經過HDMI模塊處理時，輸出HDMI視頻信號給投影機，所述投影機投影機經過一個固定的延時后輸出VGA視頻格式的結構光光柵條紋或者HDMI視頻格式的結構光光柵條紋。

3.根據權利要求1所述的基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統，其特征在于，所述外同步積分信號的周期為VGA視頻信號或者HDMI視頻信號的整數倍。

4.根據權利要求1所述的基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統，其特征在于，所述PC端通過RS232串口連接FPGA控制電路板，并與CPU進行通訊，PC端通過數據采集程序發送命令和圖像數據給CPU。

5.一種基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統的實現方法，應用于權利要求1-4任一項所述的一種基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統，其特征在于，包括以下步驟：

1)采集系統初始化，FPGA芯片接收PC端的數據采集程序的命令和圖像數據，并由SRAM切換模塊將數據總線和地址總線切換到CPU中，圖像數據存入FLASH存儲模塊里或存入SRAM存儲模塊中；

2)CPU接受數據采集程序的命令，對同步積分模塊進行參數設置，所述參數包括圖像顯示方向，需采集的圖像數量，窄條紋循環次數，每幀循環的次數，和延時時間；

3)當接收來自數據采集程序的圖像采集命令時，SRAM切換模塊將數據總線和地址總線切換到同步積分模塊，同步積分模塊將圖像按存儲的順序依次投影到目標上，并發出觸發相機采集圖像的信號；

4)電機驅動模塊與同步積分模塊電連接，相機和投影機工作的同時，CPU控制電機驅動模塊對轉盤分時或實時控制轉盤的的角度、速度和方向；

5)數據采集程序抓取圖像采集命令，并全部采集投射的光柵系列圖像；

所述圖像數據包括圖像顯示方向，需采集的圖像數量，窄條紋循環次數，每幀循環的次數，延時時間，投影儀亮度，設置VGA或HMDI輸出模式，開關投影儀等待時間。

6.根據權利要求5所述的基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統的實現方法，其特征在于，當CPU接收到PC端的數據采集程序的觸發命令后對同步積分模塊發出一個脈沖，同步積分模塊檢測到這個脈沖后將地址總線設為第一幀圖像的地址位，讀取一行圖像數據送給投影機，再將地址總線重置到第一幀的位置，輸出第二行圖像，依次循環直到完整的輸出一整幅圖像。