[发明专利]基于FPGA的结构光投影和图像采集的同步系统

说明书

本发明公开一种基于FPGA的结构光投影和图像采集的同步系统及其实现方法，通过同步积分模块输出结构光光栅条纹视频给视频转换模块，视频转换模块输送视频给投影机，投影机在输出延时值之前输出相机外同步积分信号，经同步积分模块传递给相机，使相机与投影机同步工作。本发明通过CPU和同步积分模块，从电路系统上直接传送投影机需投射的系列条纹，并精准控制相机的采集触发，以清晰采集由投影机投影的每幅系列条纹图纹。系统不需要投影机重复投影每组系列条纹，也不需要降低每组系列条纹图的投射的频率，使得设计的电路能以投影仪的最高投射频率（或速度）来采集系列条纹图像。

技术领域

本发明涉及3D扫描领域，尤其涉及一种基于FPGA的结构光投影和图像采集的同步系统。

背景技术

目前，在3D相机实现重建的各种方式中，利用投影机投射结构光光栅条纹是最常用的一种。在这种方式中，要构造获得一个物体的一幅3D图像，通常需要投影机投射不同相位和宽度的条纹到物体上(一系列条纹)，然后通过相机采集这几幅被编码的图像来实现3D重建。然而，若投影机投射从PC输出的结构光光栅条纹，由于存在PC控制投影机光栅条纹视频输出延时的不确定性，加上投影机本身额外的投射延时，导致相机无法同步地采集到这些投射的条纹图片，从而影响被扫描物体的3D数据重建。

为了解决这个问题，通常的做法是：1.让PC以较慢的变化率控制投影机投射系列结构光光栅条纹，在确保其已开始被投射的情况下，再触发相机积分，采集被结构光光栅条纹编码的物体图片。直到相机积分完毕后，再开始投影下一幅结构光光栅条纹。2.让PC控制投影机重复投射系列结构光光栅条纹，再在相机采集的图像中找到或组合出适合3D构造的系列结构光光栅条纹图。但是，无论是通过设置较大的投影延时或相机多次采集重复投影的系列条纹，都大大降低图像的采集速率，不能保障3D重建的可靠性(比如不能保障能组合出最佳3D构造的系列条纹)。更不可能保证并无法确保高频或实时3D扫描，也无法对运动速度较大的物体进行采集，从而大大限制了3D扫描仪的应用场合。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种基于FPGA的结构光投影和图像采集的同步系统和实现方法。通过CPU和同步积分模块，从电路系统上直接传送投影机需投射的系列条纹，并精准控制相机的采集触发，以清晰采集由投影机投影的每幅系列条纹图纹。

为了达到上述目的，本发明公开一种基于FPGA的结构光投影和图像采集的同步系统，包括FPGA主控电路板、相机、投影机、转盘和PC端，所述PC端与相机和FPGA主控电路板电连接，所述FPGA主控电路板与相机、投影机和转盘电连接；

所述FPGA主控电路板包括FPGA芯片和视频转换模块，所述FPGA芯片上设有CPU、同步积分模块，所述同步积分模块同时与相机和视频转换模块电连接；所述视频转换模块与投影机电连接；

所述同步积分模块输出结构光光栅条纹视频给视频转换模块，所述视频转换模块输送视频信号给投影机，投影机在输出延时值之前输出相机外同步积分信号，经同步积分模块传递给相机，使相机与投影机同步工作；所述投影机输出的延时值为定值；

通过CPU和同步积分模块，从电路系统上直接传送投影机需投射的系列条纹，并精准控制相机的采集触发，以清晰采集由投影机投影的每幅系列条纹图纹；

所述SRAM切换模块在非图像接收的时候设定为输出显示功能，不影响CPU的工作时间占用；

所述投影机投射的系列条纹采用变换式相位三角波或弦波。

其中，所述FPGA主控电路板还包括SRAM存储模块、电机驱动模块和电源模块；所述SRAM存储模块、视频转换模块、电机驱动模块和电源模块都与FPGA芯片电连接，所述电机驱动模块与转盘电连接；所述FPGA芯片上还设有SRAM切换模块和FLASH存储模块，所述SRAM切换模块与SRAM存储模块进行数据交互。