[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

本發明公開一種基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統及其實現方法，通過同步積分模塊輸出結構光光柵條紋視頻給視頻轉換模塊，視頻轉換模塊輸送視頻給投影機，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。本發明通過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。系統不需要投影機重復投影每組系列條紋，也不需要降低每組系列條紋圖的投射的頻率，使得設計的電路能以投影儀的最高投射頻率（或速度）來采集系列條紋圖像。

技術領域

本發明涉及3D掃描領域，尤其涉及一種基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統。

背景技術

目前，在3D相機實現重建的各種方式中，利用投影機投射結構光光柵條紋是最常用的一種。在這種方式中，要構造獲得一個物體的一幅3D圖像，通常需要投影機投射不同相位和寬度的條紋到物體上(一系列條紋)，然后通過相機采集這幾幅被編碼的圖像來實現3D重建。然而，若投影機投射從PC輸出的結構光光柵條紋，由于存在PC控制投影機光柵條紋視頻輸出延時的不確定性，加上投影機本身額外的投射延時，導致相機無法同步地采集到這些投射的條紋圖片，從而影響被掃描物體的3D數據重建。

為了解決這個問題，通常的做法是：1.讓PC以較慢的變化率控制投影機投射系列結構光光柵條紋，在確保其已開始被投射的情況下，再觸發相機積分，采集被結構光光柵條紋編碼的物體圖片。直到相機積分完畢后，再開始投影下一幅結構光光柵條紋。2.讓PC控制投影機重復投射系列結構光光柵條紋，再在相機采集的圖像中找到或組合出適合3D構造的系列結構光光柵條紋圖。但是，無論是通過設置較大的投影延時或相機多次采集重復投影的系列條紋，都大大降低圖像的采集速率，不能保障3D重建的可靠性(比如不能保障能組合出最佳3D構造的系列條紋)。更不可能保證并無法確保高頻或實時3D掃描，也無法對運動速度較大的物體進行采集，從而大大限制了3D掃描儀的應用場合。

發明內容

針對上述技術中存在的不足之處，本發明提供一種基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統和實現方法。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。

為了達到上述目的，本發明公開一種基于FPGA的結構光投影和圖像采集的同步系統，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；

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。

其中，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。