基于TI DLP的3D测量技术
【2013新能源与工业应用开发者论坛精彩笔录】

图 闻亭泰科技术发展有限公司专家发表精彩演讲

大家好，我是来自北京闻亭泰科技术发展有限公司的刑昊，我主要负责DLP的市场拓展。北京闻亭是成立一家15年的电子行业的股份制企业，我们公司最早是做DLP仿真，相信很多朋友都用过我们的产品，目前我们代理了TI  DLP的嵌入式解决方案，今天为大家介绍一下与DLP的云月。

首先介绍一下DLP的工作原理，这个就是DLP的核心器件，就是数字微镜器件，一个器件有几十万上百万个数字微镜，我们可以发送01的数字信号控制微晶左右偏转，实现对光的调制，这就是有一个光源，打到微镜上面，控制不同的0、1控制它。这个传统的DLP应用是应用到投影仪，把图象三种颜色，GGB的光打到DLP上面，DLP上面有现实灰度图象，通过三元色的合成就实现投影了，这个是3D DLP的显示，能够实现更高的亮度，更高颜色色彩。

我给大家介绍一下DLP的优势，首先光月效率比较高，开口率比较大。它能够控制每一个微镜的开关，通过我们不同的光源，可以支持紫外、可见光及红外，并且象素可以独立控制。支持LED、激光、灯泡等各种光源，设计简单。它可以达到每秒上万针的水平。这是我们看到日常的应用，投影仪，电影院，电视、便携式投影仪。

今天我给大家介绍的就是把DLP应用到工业领域的应用，这是有一些工业曝光，比如一些印刷、CTP，甚至有一些物料的印染，都会用到DLP的曝光，还有医学成像，做一些虚拟现实，三维测量，这是今天主要给大家介绍的，另外就是光网络。因为DLP是数字光调制器件，应用领域是非常广泛的，今天专门抽出3D测量给大家介绍一下。

这里有一些应用的分类，我们在工业、医疗、通信、安防及其他新应用。我们根据DLP所实现的功能，也可以划分几类，包括数字曝光，测量传感、智能照明、波长控制。目前对DLP的应用比较成熟的就是包括光刻，PCB暴光，CTP、激光印刷防伪光的曝光。在医疗领域有一些激光修复、光线疗法。工业领域就是三维测量了，我们的机器视觉、机器拾取与防止、表面监测、焊锡监测、质量监控都会用到。医疗领域牙科、足部、皮肤修复、视网膜的测量，安防领域用到指纹识别、人脸识别、手势感应、压缩唇杆技术。照明里面有虚拟仪表、射束成形。工业控制里面的光谱分析、水质监测，甚至有一些食品安全的检测都可以用到。在通信领域的光网络、多路波分复用器、波长选择开关等。

今天主要是给大家介绍一下三维测量。这个是三维测量原理的介绍，传统的三维测量就是这里有一个光源，这里是一个玻璃做的或者其他塑料做的波长片，当光打到这个片就会出现条纹，出现不规则物体，这里有一个摄像机，在另外一个角度采集这个图象，就成为一个3D的模型，这是传统三维测量原理的介绍吧。我们看这个图更明显一些，这是类似于一个浮雕，这个条纹在平整的状态，如果这里有一些曲线，这个点本来是竖着下来，这个就可能弯了，跑到这一个位置，这个点就是这个线有多弯，判断这个物品距离摄像机的深度，我们得到的深度信息，采集到它的3D的坐标。这个就是我刚才说的基本步骤吧，在被测物体上把光栅图象读出来，生成可视化数据，建立三维值。这个是演示图片，光线打在人手上，这个是像机把数据传到电脑上得出来点的数据，这边通过平滑的一些软件，就能够把3D模型恢复出来了。

三维测量应用领域非常广泛，我们在机器视觉，做一些模具设计修复，机器的拾取、放置，表面检测、质量监控。做传统的三维测量并不是作为监测的工具，是作为建模的工具，随着DLP微镜的尺寸越来越小，可以到十微米甚至7.6微米的象素，而且比率非常快，可以把物体的精度最高可以到10微米这个量级，医疗这个应用我们也知道牙齿有一些虫牙，我要把这个模型，以前都是说，不知道在座有没有看过牙医，咬一个物体到蛀牙里面拿出来照着这个模型补牙。现在可以把三个3D模型弄到牙刷里面，把洞有多深，是什么形状就可以测量出来了。还可以做身体皮肤的测量，比如消防员，衣服需要非常贴身，高矮胖瘦不一样，需要扫描人体，可能一些手臂啊，身体某个部位，把3D模型计算出来，生产这样的衣服。然后还有一些视网膜监测，现在有一些指纹识别技术，可以通过监测每个人的视网膜，形状也是不一样的，类似于指纹，可以做一些安防等领域。

这个是给大家介绍一下DLP三维测量技术跟传统的激光扫描方式，一些技术对比，我们看这幅图，这边就是用DLP的三维扫描技术，这个是传统的激光扫描，可以看到下面是两个作出测量的效果图，这个看得不是很清楚。这幅图的深度信息就是这个峰值，离我最近的和最深的要清晰一些，这个就是比较模糊了。DLP因为刚才介绍了，它的显示比较快，扫描速度就是通过打多次光栅实现测量，它的速度在现在这个阶段，激光扫描是一条线一样的，速度上还是占有一定的优势，激光扫描现在发展速率也有一些提升的空间。DLP技术是一个真正的区域式的三维扫描，而激光扫描是通过一条线一条线这样的，这样扫过来的，不是属于这种区域性的扫描。我们用的光源，激光能够在各种条件下工作，DLP有一些局限性，它会受光源的限制，周围环境亮度的限制。安全性比激光更加可靠，因为作为可见光、红外都可以作为光源进行扫描，而激光打到人身体上肯定会有损伤的。我们的测试精度，这个非常明显可以看出来了，这个精度比激光扫描更精细一些。这个是DLP的技术优势，更精确的三维信息，对人体没有伤害。

在国内市场上面，目前的3D扫描仪，都是国外的厂家，他们主要都是用激光扫描技术，但是据我了解，目前他们也现阶段都在研发DLP的光栅3D扫描技术，国内也有一些做三微扫描的厂家，都是用传统投影仪做这个产品，我们这边测量要跟相机进行同步，这边显示一桢图象，这边要抓一桢，所以要进行同步。相继是60赫兹，即使换成3D也才120赫兹，如果我们用TI的专用的工业方面的芯片的话，可以在图象上显示上万桢的速度控制图象。

随着3D打印，相信今年大家都听过，非常火，其实DLP也可以做3D打印，我可以给大家介绍一下。这个三维测量，三维扫描吧，前面扫描，后面打印，就可以把一个模具复制一个，这个还是比较有意思。这个是三维测量的原理图，这个就是它的核心芯片DLP，这个是它的控制器，目前现在TI推出了专用的基于工业领域的DLP芯片组，可以控制多个光源，进行二度图象的控制，包括同步信号的控制。这是一个相机，这有镜头打到这里，相机把图象采集过来，可以在PC机上，这是一个机械臂，可以把数据传到嵌入式处理器上面，在机械臂上面做3D模型运算，做一些拾取、放置的工作，这个是人体的皮肤，原理框图是类似的，只不过这里的测量对象不一样。

基于三维测量，我们公司也推出了一些解决方案，一些开发平台，我们是基于TI的DLP 4500芯片组，分辨率能够达到WVGA，光源用RGB三色光源，亮度为150流明，最高可以到500流明。图象桢率4255赫兹。实时传输桢率可以达到将近三千桢，同时提供了视频接口，没事儿可以拿它看个电影什么之类的。还有相机同步，比如最短曝光时间8.3毫秒，输入接口支持HDMI、USB，大家感兴趣可以看一下我们的实物。这是它的芯片组，用的DLPC350芯片组，它的技术优势就是高速可靠的空间光调制，高分辨率、高亮度，可做便鞋设备开发，方便与相机同步，方便与PC链接控制。可以控制它显示几种模式，支持与其他嵌入式处理器控制板连接控制。DLP还有一些其他相关的应用领域，比如说工业曝光，传统PCB光刻，都是需要划研磨板，如果电路板的设计直接在DLP上面就显示出来了，就是我做的这个不需要每次做板子再去开模，DLP应用到曝光领域，PCB光刻领域的时候，最早是用的小批量的，当时线宽做得不够精细，只能做小批量的，成品之后还是要开模。随着DLP越来越精确，可以用到液晶面版上面线路版的曝光，精度可以到3到5微米。

三维打印，跟曝光原理差不多，通过把图案打到树脂材料，实际上是一些液体，我是一层一层打印上去的，每一层实际上就一个切片把切片图案在DLP上面显示出来，照到这个液体上面将会凝固，实现一层一层叠上来，就实现三维打印。另外在中国市场还有光谱分析，通过棱镜，把白光分散成一个光谱，光谱打在DLP的微镜上面，需要哪一列波长的光，就把那一列的微镜打开，就可以得到特定波长的光，可以做一些光谱分析。这个是产品线了，目前主推的是4500芯片组，工业曝光领域，也有配套的开发平台，都能够承受高功率激光进行曝光领域应用。都是用的D4100芯片组。就是是4500，这个是9500，不同的开发平台。