[发明专利]一种高速、高亮度变化范围结构光投射器

摘要

一种高速、高亮度变化范围结构光投射器，它包括可编程投射主控模块、输入输出同步触发模块、LED照明模块和光机系统；可编程投射主控模块与计算机相连，接受控制信息、视频信号，从计算机下载具有一定特征的结构光图像；输入输出同步触发模块的一端同外部硬件如相机相连，接收和发送同步信号，另一端同可编程主控模块相连，将外部触发信息传送给该主控模块；LED照明模块同可编程投射主控模块相连，接受对LED芯片亮灭、亮度大小调节的控制信息；整个投射器的光机系统完成结构光图像的投射；本发明具有结构紧凑、投射速度快、投射精度高、投射亮度具有较高亮度变化范围的特点，对需要投射结构光的各种主动光学测量系统具有重要价值。

主权项

一种高速、高亮度变化范围结构光投射器，其特征在于：它包括可编程投射主控模块、输入输出同步触发模块、LED照明模块和光机系统；可编程投射主控模块与计算机相连，接受控制信息、视频信号，从计算机下载具有一定特征的结构光图像；输入输出同步触发模块的一端同外部硬件如相机相连，接收和发送同步信号，另一端同可编程主控模块相连，将外部触发信息传送给该主控模块；LED照明模块同可编程投射主控模块相连，接受对LED芯片亮灭、亮度大小调节的控制信息；整个投射器的光机系统完成结构光图像的投射；所述的可编程投射主控模块，它包括DMD驱动单元、主控单元、视频处理单元和存储单元；主控单元接收来自电脑的投射控制信息，并将信息经过处理后传送给DMD驱动单元；DMD驱动单元接收来自主控单元的结构光数据与控制信息，数据处理后控制DMD的翻转与刷新；视频处理单元接受来自电脑的数字视频信号，传送给主控单元；存储单元从电脑下载并存储已经编程完毕的结构光信息与控制信息，传输至主控单元；该DMD驱动单元，采用DMD芯片为投射核心芯片，采用基于FPGA的高速DMD驱动电路，FPGA通过同步缓存中的高速DDR2信号发送数据给DMD芯片，实现最高可达700Hz帧频的高速投射；该主控单元，采用基于FPGA的USB接口电路设计，通过标准USB2.0接口同计算机相连，从计算机下载系统配置文件、需投射的结构光图像、LED亮度控制信息；该视频处理单元采用HDMI接口驱动芯片与可编程投射主控模块相连，通过HDMI接口与计算机相连，接收来自计算机的数字视频信号；该存储单元是采用可编程FLASH芯片，存储需要投射的具有一定特征的结构光和控制信息；所述的输入输出同步触发模块是可编程投射主控模块的三位同步信号，通过同步信号线与传感器相连，它输出脉冲信号，同步外部设备拍摄或者接收投射的结构光，此脉冲信号的延迟、脉冲宽度和极性均通过可编程投射主控模块 进行修改；此模块也接收来自外部设备的同步信号，来触发投射器进行实时投射，输入的脉冲信号将发送给投射主控模块来控制投射；所述的LED照明模块由三块高功率的LED芯片组成，通过可编程投射主控模块单独控制每块芯片的点亮与否和亮度大小，根据不同的应用需求，三片芯片为三片同样颜色的单色光LED芯片，也可以为红、绿、蓝三色芯片；投射器的亮度范围至少达到单芯片的三倍；每块LED芯片的亮度大小和点亮时间均通过投射主控模块中的FPGA芯片进行实时控制，这一策略使投射器的投射亮度动态范围大大增大，既实现了单芯片低亮度短时间投射较暗的结构光，也实现了三芯片高亮度长时间投射非常亮的结构光；所述的光机系统包括：匀化透镜、半反半透镜以及与DMD匹配的前端棱镜；它对照明光源发出的光进行整形和匀化，同时通过前端投影镜头对经过DMD芯片空间调制的光进行投射，整个光机系统结构紧凑，适合同其他外围设备结合使用。