BitFlow图像采集卡助力实验性 3D 轮廓成像技术 - 智能装备展

轮廓测量是一种用于从表面提取地形学数据以获得表面形态、台阶高度和表面粗糙度的成像技术。 基于相移条纹投影轮廓测量法 (PSFPP) 的动态 3D 表面成像技术已广泛应用于工业制造、考古检验、娱乐和生物医学等领域。PSFPP 的工作原理是首先将一组相移正弦条纹图案投影到 3D 物体上，然后分析物体反射的变形结构图像来获取3D物体表面信息。

现有的 PSFPP 技术在同时提供解决空间隔离3D物体的鲁棒性、表面反射率大变化的容差以及在视频速率下具有平方米级视场的可调工作距离的灵活性方面存在不足。为了克服这些限制，加拿大魁北克省 INRS nergie Matériaux 电信研究中心的研究人员开发了一种他们称为多尺度带限照明轮廓测量或 MS-BLIP 的技术。在双级强度投影、多频条纹投影和迭代失真补偿方法的协同支持下，MS-BLIP 可以准确识别具有高度变化的反射率的空间隔离3D物体。

MS-BLIP 系统以脉冲激光作为光源。扩展和准直后，光束以与其表面法线约24° 的入射角定向到 0.45 英寸 DMD（数字微镜器件）。由误差扩散算法从其相应的灰度模式生成的二进制条纹掩模加载到 DMD 上，并以高达 1 kHz 的频率显示。由两个透镜和一个针孔组成的限带 4f 成像系统将这些二进制图案转换为中间图像平面上的灰度条纹。使用的正弦条纹图案的最小周期为 388.8 m，这需要一个直径为 150 m 的针孔来通过这些图案的空间频率分量，同时过滤由数字半色调引起的所有噪声。道威棱镜旋转生成的条纹图案以匹配目标场景的纵横比。然后，相机镜头（AF-P DX NIKKOR 10-20mm f/4.5-5.6G VR，尼康）将这些条纹图案投射到 3D 物体上。变形结构图像由配备 Azure 镜头的 Optronis CP70-1HS-M-1900 CoaXPress 相机拍摄。与 DMD 的触发信号同步，获取的图像通过电缆传输到计算机的BitFlow Cyton-CXP CoaXPress 图像采集卡，该图像采集卡是符合 CXP 1.1 标准的半高尺寸 x8 PCI Gen 3.0 express 卡。

CoExpress（CXP）是一种非对称高速点对点串行通信标准，用于传输视频和静态图像，可通过单根或多根同轴电缆进行扩展。它拥有每根电缆高达12.5 Gbps的高速下行链路，用于视频、图像和数据，以及高达42 Mbps的低速上行链路，用于通信和控制。也可通过电缆(“Power-over- coax”)，电缆长度可超100米。

BitFlow, Inc. 销售总监 Donal Waide 表示：“CoaXPress 的应用正在不断发展，在精确医学研究和 3D 检测中发现了新的用例，Camera Link 或 GigE Vision 是之前的首选标准。结合速度和稳定性，加上越来越多的兼容相机选择，激发了 CoaXPress 在实验室环境中的极大兴趣。”

为了证明MS-BLIP在工业检测中的潜力，研究人员拍摄了竹制花瓶的旋转运动图像，其延伸的树枝以0.6 rad/s的速度旋转。MS-BLIP的工作距离为 2 m，视场为1.5m×1.0m，3D成像速度为每秒20.8帧（fps）。在这些工作条件下，深度分辨率量化为3.7 mm，横向分辨率测量为1.7 mm。花瓶的特写视图显示了其表面详细的结构信息，树枝的深度编码颜色变化反映了物体的旋转运动。

除了对工艺花瓶的旋转运动进行测试外，MS-BLIP还被证明在测量体积比现有BLIP系统大3倍的情况下，成功地实现了工程盒子平移运动的动态三维可视化，以及完整的人体运动。未来的工作将通过采用多个摄像机、更快的DMD和更强大的光源来提高MS-BLIP的成像速度。除了技术改进外，研究人员还将继续探索新的应用，包括自动工业检测人机交互。