基于DLP4500的结构光3DScan系统搭建

系统描述

本系统基于德州仪器TIDA-000254参考设计，所用硬件与参考设计略有差别，软件部分保持一致。本人在DLP行业多年，自己也亲手搭建过该系统。本片文章内容一方面是对自己曾经一些经验总结，以帮助更多的人快速入门，少走弯路。另一方面，也是出于私心，本人从事相关行业，也出售DLP产品及工业相机、基于DLP结构光的3D相机等产品。

欢迎大家交流技术问题，也欢迎大家找我买DLP光机，如果觉得不错，请帮忙宣传一下，有认识或者有需要此类产品的，可以帮我推荐一下，先感谢了。

联系方式：18501375210（微信同步）

话不多说，先看效果。

基于DLP4500的结构光3DScan系统搭建

一、准备工作

（a）硬件
1、DLP4500光学引擎一台
2、PointGrey工业相机一台（型号：FL3-U3-13Y3M USB 3.0）
3、DLP4500 to PointGrey 触发线一条
4、标定板（棋盘格，A4纸打印）
5、USB 2.0 to Type-C 连接线
6、USB 3.0 to Micro-B 连接线
7、Windows 7 操作系统PC一台
（由于过程中需要烧录固件，TI烧录固件的程序没有针对win10系统适配，部分使用win10的用户可能会出现兼容问题，建议最好使用win7系统）

（b）软件
1、DLP4500 3DScan可执行程序：TIDA-00254 Windows Installer
2、灰点相机SDK：Point Grey FlyCapture® 2+ Full SDK
3、点云数据阅读软件：Meshlab
4、TI 3D Scan源代码：TI DLP SDK v2.0
5、DLP Software Development Kit (SDK) User’s Guide

以上软件我已打包上传网盘，有需要的同学可以关注微信公众号【DLP投影】，在对话框回复关键词“3D扫描 ”，下载所有相关资料及软件，节省时间。

二、软硬件安装

（a）软件安装

TIDA-000254-2.0-windows-installer
Flycapture
Meshlab

以上3个软件是搭建TI DLP4500 3DScan 必备的3个软件，TIDA-000254是3D扫描的可执行程序，Flycapture是灰点相机的驱动程序，Meshlab是点云查看软件。

软件安装没有什么需要注意的部分，一般直接下一步即可。

由于灰点公司PointGrey已被FLIR收购，上述所用的相机型号FL3-U3-13Y3M以不太好购买到，如果想用其他型号工业相机，需要修改3D扫描相机部分的源代码，重新编译并生成可执行程序。具体修改哪部分代码及如何修改，还需各位自行解决。

（b）硬件搭建

硬件连接方式为：
1、DLP与PC通过USB接口连接
2、相机与PC通过USB接口连接，如用其他型号相机，接口可能为Gig-E/CameraLink/Ethernet等。
3、相机与DLP之间的trigger信号接口相连接，本案例为相机的trigger output接口与DLP的trigger input相连，相机作为Master，DLP作为Slave。当然，如果你不想采用相机触发DLP这种方式，也可以使用DLP触发相机的方式。此时，需要注意，DLP的接口需要对应的改为trigger output，相机的对应的信号接口也应该改为trigger input。

3DScan demo
3DScan Demo

3DCamera
以上分别为基于DLP4500和灰点相机搭建的3DScan demo和做成的产品成品，可以提供对应的产品和服务。

前者适合高校研究所的做技术研究，结构简单，便于灵活调整，源代码开放。后者适合企业用户，可直接用于实际生产当中。

三、上手操作

软硬件都安装好了之后，就可以开始上手操作了。

（1）标定

TIDA-00254软件安装完，打开之后是这样的，DOS界面：
初次操作，运行步骤为“1>2>4>5>8”，已经完成比标定之后，再次操作只需要运行步骤“3>8”即可。
条纹投影系统标定包括相机标定和系统标定。

相机标定目的是建立世界坐标系（物空间）和像素坐标系（像空间）之间的转换关系，即将相机采集到的图像点与待测物体所在空间位置点位置一一对应起来。

系统标定目的是建立相位高度映射关系，由相位求解出高度信息。

（图文不符，当时标定的时候忘记拍图了，直接拿TI的图借用一下）

a、制作标定板
打开软件，确认硬件都连接正常后，在上述界面输入数字1并回车。在软件安装的以下位置，会生成一副棋盘格的标定图。用A4纸打印出来，平整的贴在木板上合适位置。用尺子测量打印出的棋盘格单个方格的尺寸，用mm或者其他单位都行，输入对应的数字就可以。测量的精确度，会直接影响后续3D点云的精度，所以测得越精确越好。
calibration/camera_images/camera_calibration_board.bmp

输入数字2，烧录固件。

b、标定相机

确保DLP和相机的trigger接口和线缆都正确，相机和投影之间的夹角最好在20~45°之间，确保两者之间固定的位置及角度合适。

输入数字4并回车。
相机界面会出现一个live窗口，确保相机的视野能够覆盖整个棋盘格，并调整好相机的焦距和光圈，确保成像清晰且曝光合适。

转动相机，让相机从各个视野拍摄棋盘格的图像，按space键保存。

标定过程评估镜头焦距、焦点、镜头畸变和平移以及相机相对于标定板的旋转。标定程序将生成标定误差数据。误差越小越好，误差为0是最理想的，但对于一般的应用，误差小于2就足够了。如果重标定误差不令人满意或初始扫描结果不佳，可再次运行相机标定程序重新标定。

c、标定DLP投影仪

此步骤会标定投影以及投影/相机系统。

输入数字5并回车，开始标定。

运行此步骤，DLP会投影一个棋盘格，该棋盘格比打印出的标定板棋盘格略大，调整相机的位置，保证棋盘格在相机视野的中心位置。

重复上述步骤，直到采集结束。

系统标定过程评估头银行的外部和内部参数，以及镜头畸变参数等。系统标定也评估相机-投影仪的方向。校准过程将产生与摄像机校准相似的标定误差。误差为0是理想的，但是对于典型的使用，误差小于2就足够了。

如果标定误差不令人满意，在执行校准之前，请按照上述同样的操作方法再次标定。

（2）扫描并验证结果

系统标定完成后，可对标定结果进行验证。扫描一个平的，白色的表面，用标定板棋盘格就行。

在命令中输入执行扫描命令“8”并回车，会直接显示出扫描的效果图。

输入数字1，可以将扫描结果保存为“xyz”的点云格式，保存位置如下：

点云数据可以用MeshLab打开查看。

扫描效果如下图所示：

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DLP光机

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DLP 3DScan SDK
提取码：3ljv