基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统
基于DLP技术的3D打印技术发展
基于DLP技术的3D打印技术发展随着数字微镜制造技术的提高，将DMD技术和DLP技术相结合的面曝光3D打印技术取得了很大发展，但在大幅面打印、DMD制造技术和降低器件成本等方面还有不少技术问题有待解决。
标签：3D打印技术；数字光处理；数字微镜3D打印技术又称为增材制造，是一种基于三维数字模型、运用加热或光固化的方式将材料逐层成型的新兴制造技术，被誉为第三次工业革命。
目前3D打印技术主要工艺类型包括分层实体制造（LOM）、熔融沉积成型（FDM）、选择性激光烧结（SLS）、立体光固化（SLA）。
3D打印在医学领域的应用最早开始于1990年，当时科研人员将CT获取的颅骨数据导出，通过三维重建后还原成3D 解剖模型。
近年来，随着3D打印技术的飞速发展，将3D打印技术应用到术前诊断、术中模板导引，在一些复杂手术中，甚至不少医生应用打印的模型进行手术操作演练和更为细致的手术规划。
一、面曝光固化成型原理介绍SLA是目前研究最深入、技术最成熟、应用最广泛的快速成型技术之一。
因其成型件精度高、表面质量好、后处理简单等特点，得到广泛应用。
但缺点也比较明显，其采用激光光斑逐点、逐线进行扫描，打印效率低，设备成本高。
面曝光3D打印技术是光固成型技术的一种。
其技术过程是，首先利用切片软件把模型进行数字化分层，然后驱动动态图形生产器，通过光路处理后像投影机播放幻灯片一樣将图形投影到树脂液面，一次对整层液面进行曝光的光固化方法。
相比传统的SLA技术它减少了对扫描固化时路径的选择与规划、焦点的变化等问题，成型速度快。
近年以来，面曝光3D固化技术成了学术和业界研究的热点。
已有多款基于面曝光的商业化产品上市。
二、面曝光成型关键技术光固化3D打印系统主要包括固化模块、分离模块和控制模块三部分，其中光源是3D打印光固化的核心部分。
目前面曝光3D打印系统中投影仪主要采用DLP基于数字微镜DMD（Digital Micromirror Devices）的数字光处理DLP（Digital Light Procession）技术。
一种基于机器视觉的结构光三维扫描系统.
一种基于机器视觉的结构光三维扫描系统0 引言随着制造技术的快速发展和制造领域的不断扩大，使得对制造产品的质量要求也越来越高。
传统意义上很多对产品的检测方法已经不能适应现代制造业的要求。
计算机视觉检测技术具有操作、维护简单，测量速度快，精度高，测量范围广等众多无可比拟的优点，被认为是检测技术领域中最具有发展潜力的技术。
机器视觉被称为自动化的眼睛，在国民经济、科学研究及国防建设上都有着广泛的应用。
机器视觉不但可以实现无接触观测，还可以长时间保持精度，因此，机器视觉系统可以广泛应用于长时间的、恶劣的环境。
在此探讨了线性结构光三维扫描系统的特点。
设计一种能够测量物体深度的结构光三维扫描系统，通过图像处理技术对激光条纹进行提取，并建立数学模型，采用三角法测量方法获取深度信息，对工件图像进行重建。
最后，实验结果验证了该系统的有效性。
1 基于机器视觉的结构光三维扫描系统模型结构光测量是将激光器发出的光束经过光学系统形成某种形式的光，包括点、单线、多线、单圆、同心多圆、网格、十字交叉、灰度编码图案、颜色编码图案和随机纹理投影等投向景物，在景物上形成特定的图案，并通过图像处理，对图案进行提取，然后根据三角法进行计算，从而得到景物表面的深度信息。
根据投射光图案的种类可分为单点法、单线法和图案法。
1．1 系统的硬件结构设计如图1所示，文中所设计的结构光三维扫描系统由3大部分组成，分别是运动平台、激光器和摄像机。
系统的运动平台由导轨丝杠机构成，丝杠上的滑块带动工件左右运动，丝杠由伺服马达驱动。
摄像机垂直于导轨运动平面。
激光器和摄像机与摄像机呈固定角度安装。
激光器所射出的线形光斑垂直于工件的运动方向。
激光器与摄像机的相对角度可以调节，调节范围由20~～45。
之间。
运动平台行程为100 mm，图像分辨率为0．2 mm／pixel。
1．2 系统的数学模型建立系统的数学模型如图2所示。
工件放置于运动平台上，摄像机垂直安装在运动平台正上方，激光与水平面的夹角θ，激光器产生一字的线性结构光，由于物体表面与运动平台的高度差，条形光斑同时照射在物体上的A处和平台的B处。
基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究 pdf
基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究
基于数字光栅投影的结构光三维测量技术与系统研究如下：
•系统组成。
基于数字光栅投影的结构光三维测量系统由一个CCD摄像机和DLP投影仪组成。
•工作原理。
使用DLP投影仪向被测物体投射一组光强呈正旋分布的光栅图像，并使用CCD摄像机同时拍摄经被测物体表面调制而变形的光栅图像。
然后利用拍摄得到的光栅图像，根据相位计算方法得到光栅图像的绝对相位值。
最后根据预先标定的系统参数或相位-高度映射关系从绝对相位值计算出被测物体表面的三维点云数据。
•关键技术。
针对上述过程中涉及的相位计算、相位误差补偿、系统参数标定等多个关键技术进行系统研究。
基于TI DLP技术的结构光系统实现三维扫描
三维（3D）扫描是一种功能强大的工具，可以获取各种用于计量设备、检测 设备、探测设备和 3D 成像设备的体积数据。当设计人员需要进行毫米到微米分 辨率的快速高精度扫描时，经常选择基于 TI DLP®技术的结构光系统。
3D 扫描系统的诞生 简单的二维（2D）检测系统已经问世多年了，其工作机制通常是照亮物体并 拍照，然后将拍摄图像与已知的标准 2D 参考件进行比较。 3D 扫描则增加了获 取体积信息的能力。引入 z 维数据可以测量物体的体积、平整度或粗糙度。对于 印刷电路板（PCB）、焊膏和机加工零件检测等行业而言，测量上述附加几何结构 特征至关重要，而这是 2D 检测系统无法达到的。此外，3D 扫描还可用于医疗、 牙科和助听器制造等行业。 坐标测量机（CMM）是收集 3D 信息的首批工业解决方案之一。
DLP 技术可快速智能地生成光图像 对于光学 3D 扫描设备，DLP 技术通常在系统中用于产生结构光。DLP 芯片是 一种高反射铝微镜阵列，称为数字微镜器件（DMD）。 当 DMD 与照明光源和光学器件相结合时，这种精密复杂的微机电系统（MEMS） 就可以为各种投影系统和空间光调制系统提供助力。 由于 DMD 可灵活、快速、高度可编程的产生各种结构光图案，设计人员经常 将 DLP 技术用于结构光应用。与具有固定图案集的激光线扫描仪或衍射光学元件 （DOE）不同，它可以将不同位深的多种图案编程至一个 DMD。基于 DLP 技术的 结构光解决方案非常适合于需要达到毫米甚至微米精度的详细测量。
图 5：带有 3D 扫描仪的机器人手臂 它们可以更轻松和准确地进行 X、Y、Z 三轴方向的测量，从而提高质量保障。 市场上也出现了在线 3D 视觉系统与机器人手臂相结合的解决方案（图 5）。利用 这些机器人解决方案可以极大地提高汽车（图 6）和其他生产线工厂的速度和质 量。在装配和生产过程中的特定阶段增设 3D 检测有助于及早发现质量问题，从 而减少浪费和返工。3D 扫描系统甚至可以在计算机数控（CNC）设备和 3D 打印 机内运用，能够在生产制造过程中进行实时测量。
使用德州仪器(TIDLP
使用德州仪器（TI ）DLP ®结构光技术进行高精度3D 扫描Gina ParkDLP ® 产品工业经理Michael WangDLP Pico™ 产品营销Carey RitcheyDLP 产品工业业务发展经理德州仪器（TI ）简介三维（3D）扫描是一种功能强大的工具，可以获取各种用于计量设备、检测设备、探测设备和3D 成像设备的体积数据。
当设计人员需要进行毫米到微米分辨率的快速高精度扫描时，经常选择基于 TI DLP® 技术的结构光系统。
3D 扫描系统的兴起简单的二维（2D）检测系统已经问世多年了，其工作机制通常是照亮物体并拍照，然后将拍摄图像与已知的标准 2D 参考件进行比较。
3D 扫描则增加了获取体积信息的能力。
引入 z 维数据可以测量物体的体积、平整度或粗糙度。
对于印刷电路板（PCB）、焊膏和机加工零件检测等行业而言，测量上述附加几何结构特征至关重要，而这是 2D 检测系统无法达到的。
此外，3D 扫描还可用于医疗、牙科和助听器制造等行业。
坐标测量机（CMM）是收集3D信息的首批工业解决方案之一。
探针物理接触物体表面，并结合每个点的位置数据来创建 3D 表面模型（图 1）。
后来出现了用于 3D 扫描的光学方法，如：结构光（图 2）。
结构光是将一组图案投射到物体上并用相机或传感器捕捉图案失真的过程。
然后利用三角计算方法计算数据并输出 3D 点云，从而生成用于测量、检查、检测、建模或机器视觉系统中各种计算的数据。
光学 3D 扫描受到青睐的原因在于不接触被测物体，并且可以非常快速甚至实时地获取数据。
借助 DLP 技术实现快速、智能的光图形生成对于光学 3D 扫描设备，DLP 技术通常在系统中用于产生结构光。
DLP 芯片是一种高反射铝微镜阵列，称为数字微镜器件（DMD）。
当 DMD 与照明光源和光学器件相结合时，这种精密复杂的微机电系统（MEMS）就可以为各种投影系统和空间光调制系统提供助力。
基于DLP4500的结构光3DScan应用手册
一、准备阶段1.1 硬件●装有Windows操作的电脑*1台●DLP4500光机*1台●12V/5A电源适配器*1套●Type-C to USB数据线*11.2 软件上位机控制软件GUI：●DLPLCR4500GUI-4.0.0-windows-installerDLPC350固件Firmware：●DLPR350PROM-4p1p0-windows-installer备注：Win10系统务必使用4.0及以上版本，Win7及以下版本的操作系统，建议使用3.1版本GUI，固件建议都是用最新版本。
本文内容使用的GUI版本为目前最新版本4.0，固件为4.1版本，其他版本操作可能会有些差异。
二、操作指南2.1 安装GUI和Firmware直接按照指示下一步即可，直至安装完成，无需特别的配置。
2.2 硬件连接打开GUI软件，使用Type-C数据线将DLP4500光机与电脑USB相连接，然后将电源适配器与DLP4500光机的电源接口相连接并接通电源（通电后自动开机，无手动开关，断电也时让光机处于非投影状态，然后拔下电源插头）。
2.3 DLP4500光机的配置对于结构光应用，主要使用DLP来投射一定数量的结构光图案，并与工业相机同步实现相机的同步采集。
可以通过GUI来配置固件并烧录到DLP光机中。
配置内容包括：2.3.1 将结构光图案存储到固件中2.3.2 配置光源的颜色、结构光图案的投影顺序及曝光时间2.3.3 配置投影的触发信号及触发方式以上操作均可以通过GUI配置好固件，然后将固件烧录到DLP光机的flash中。
具体的操作方三、固件的制作及上传固件的制作通常包含以下3个主要步骤：3.1 制作结构光图案3.1.1 结构光图案的生成结构光图案可通过Matlab或openCV来生成，生成的图案必须是分辨率为912*1140且位深为1bit、2bit、3bit、4bit、5bit、6bit、7bit、8bit的位图bmp格式。
基于DLP投影技术的自动三维信息获取
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｂａ ｅ ｈｅ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｅ ｈｎ ｌ ｇｙ， ａ ｔ３ ｍｏ ｌｎｇ ｍｅ ｈ ｏ ｈｅ ｒ ａ ｉｙ ｗａ ｒ — ｓ ｄ ｏｎ ｔ ｔ ｕ ｔ ｒ ｄ ｌｇｈｔｔ ｃ ｏ ｏ ａ ｆ ｓ Ｄ ｄｅｉ ｔ ｏｄ ｆ ｒ ｔ ｅ ｌｔ ｓ ｐ ｏ ｐｏ ｅ ｓ ｄ．Ｂｙ ｂｕ ｌ ｉ ｔ ｌ ｅ ｃ ｎ ｎ ａ ｆ ｒ ， ｈ ｓ ａ ｉ ｐ ｉ ｉ ｅ ｆ ｔ ｓ ｒ ｔ ｅ ｌ ｔ ｉｄ ｎｇ ｈｅ ａｓ ｒ ｓ ａ ｎｉ ｇ ｐｌ ｔｏ ｍ ｔ ｅ ｃ ｎｎ ｎｇ ｒｎｃｐｌ ｏ ｈｅ ｔ ｕｃ ｕｒ ｄ ｉ ｗａ ｘ ｇｈ ｓｅ — ｐｌ ｉ ｄ． ｖ ｉ ｆ ｃ ｓ ｆｌｎｅ ｌ ｓ ｒ ｓ ａ ｉ ｇ， ｕｔ ｍ ａ ｉ ａｎｅ Ｔｏ ａ ｏ ｄ ｄｅ ｅ ｔ ｏ ｉ ａ ｅ ｃ ｎｎ ｎ ａｎ ａ ｏ ｔｃ ３Ｄ ｎｆ ｒ ｔｏｎ ｒ ｔ ｉ ｖ ｌ ｓ ｓ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏｎ ｉ ｏ ｍａ ｉ ｅ ｒｅ ａ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ
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基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统
基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统数字微镜结构光三维扫描系统基于数字光学处理技术（DLP）实现高精度三维扫描。
该系统采用结构光原理，通过投射编码的光条或光点模式到扫描目标表面，再通过相机获取对应的影像，利用光学和数字处理技术进行数据分析和计算，最终得到扫描目标的三维坐标信息。
本文将介绍数字微镜结构光三维扫描系统的整体结构、原理及技术特点。
一、系统整体结构数字微镜结构光三维扫描系统由投影器、相机、数字处理器和机械支持平台组成。
投影器用于投射结构光到扫描目标表面，相机用于捕获结构光在物体表面的投影图像，数字处理器用于对捕获的图像进行处理和计算，机械支持平台用于控制扫描目标的运动，以实现对扫描目标的全方位扫描。
二、工作原理1. 结构光投影系统通过DLP技术实现结构光投影。
DLP是数字光学处理技术的一种，它利用微米级的微镜片阵列来控制并调制光源的投影，可以实现高速、高分辨率的投影。
在结构光三维扫描系统中，通过控制DLP芯片上微镜片的开闭状态，可以实现不同光学编码的结构光投影。
投影的结构光模式可以是编码的光条或光点，用于在扫描目标表面形成对应的光栅或光斑图案。
相机用于捕获结构光在扫描目标表面的投影图像。
捕获的图像中包含了结构光在目标表面的形变情况，这些形变信息将被用于计算目标表面的三维坐标。
3. 数据处理和计算捕获的结构光图像经过数字处理器进行处理和计算。
首先进行图像预处理，如去噪、边缘检测等，然后通过图像匹配和三角测量的方法，计算出结构光在目标表面的投影位置，最终得出扫描目标的三维坐标信息。
4. 机械支持平台机械支持平台用于控制扫描目标的运动。
通常采用步进电机控制系统，可以实现对扫描目标的精确控制，确保扫描的全方位和高精度。
三、技术特点1. 高精度数字微镜结构光三维扫描系统利用DLP技术和数字光学处理技术，可以实现高精度的结构光投影和图像捕获。
通过精确计算和数据处理，可以得到目标表面的高精度三维坐标信息。
DLP面扫描技术光源系统改进设计研究
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1- 固定底板；2- 光机；3- 凹槽；4-T 型板 图 2 一种基于光固化技术的 3D 打印光源系统的结构图
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中国新技术新产品 2021 NO.4（下）
高新技术
作用下固化成型。单个光机在分辨率不变的条件下，投射 幅面是一定的，该系统是通过 4 个光机拼接组合为 1 个单 元（如图 2 所示），从而达到扩大幅面的目的，在实现该 系统时，需要先通过物理拼接的方式，将 4 个光机固定在 固定底板 1 上，然后将系统预设的方框图的光信号投射到 3D 模型工作台，控制终端 7 根据聚焦图像采集仪 6 采集 方框图，观察方框图中间位置的拼接效果，通过移动光 机的相对位置，实现对拼接图像的粗调。因为图像都是由 光点组成的，所以在控制终端可以放大拼接位置的图像， 观察每个光点的结合重叠效果，通过控制终端的电路设 计和程序控制，移动光点的位置，调整重叠光点处的灰 度值（软件融合），实现对拼接处的微调。结合处的光点 拼接到位，最终实现扩大幅面的目标，组合成四倍单光 机幅面的光源系统。
2 DLP 面扫描技术3D 光源系统改进设计方案
基于数字投影技术（DLP）的光固化 3D 打印机的构件 主要包括模型工作台、材料槽、升降机构以及光源系统， 根据对打印精度的要求，通常会采用切片软件按模型摆放 位置的垂直方向将 3D 模型分割成 N 个薄片，光源系统按 顺序将切片的轮廓转换成光信号，并投射到材料槽里的光 敏树脂上，光敏树脂在特定波长的光作用下，固化成对应 切片轮廓的单片固体模型，并粘附在模型工作台上 ；然后 升降机构将模型工作台提升一个切片厚度的距离，这样粘 附在模型工作台的固化模型薄片与材料槽之间会有一个 切片厚度的液态光敏树脂，在软件的控制下，将第二个切 片轮廓光信号投射到材料槽底部，上一个固化模型与材料 槽底部的液态光敏树脂在光的作用下，固化成对应切片轮 廓的固体，并与上一个切片的固体胶粘重叠，以此类推重 复上述动作，直到所有切片全部固化层叠，完成 3D 打印 任务，最终成形 3D 模型。在该过程中，能打印的模型的 最大尺寸和打印精度是由光源系统的分辨率和最大曝光 尺寸所决定的，光源系统（核心单元一般称为光机）的主 要作用就是生成打印物的平面轮廓固化光源。就像常用的 投影机，一般投影机都有固定的分辨率，在分辨率不变时， 都有固定的最大投影面积。光机的分辨率越高，其最大投 影面积就越大，能生成的轮廓图像也就越清晰，面积也越 大，因此最大打印精度和最大打印尺寸对光源系统有重要 影响。
采用基于TI DLP技术的结构光实现高精度3D扫描
采用基于TI DLP技术的结构光实现高精度3D扫描
佚名
【期刊名称】《世界电子元器件》
【年(卷),期】2018(000)008
【摘要】三维(3D)扫描是一种功能强大的工具,可以获取各种用于计量设备、检测设备、探测设备和3D成像设备的体积数据。
当设计人员需要进行毫米到微米分辨率的快速高精度扫描时,经常选择基于TI DLP~?技术的结构光系统。
3D扫描系统的诞生简单的二维(2D)检测系统已经问世多年了,其工作机制通常是照亮物体并拍照,然后将拍摄图像与已知的标准2D参考件进行比较。
【总页数】6页(P15-20)
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.基于线性结构光扫描的虚拟3D试衣间 [J], 吕志涛
2.基于线结构光的桌面3D扫描技术 [J], 欧攀;王定中
3.基于COMET L3D三维结构光扫描仪的逆向技术研究 [J], 李卫民;赵文川;马平平;王云亮
4.利用标志点多视图约束实现结构光扫描高精度粗拼接 [J], 袁建英;王琼;李柏林
5.基于结构光的3D激光扫描仪系统研究 [J], 林静;汤汶;万韬阮
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基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统
一、结构光三维扫描技术简介
结构光三维扫描技术是通过光学投影系统将结构光投射到被测物体表面，利用相机或
传感器捕捉被测物体表面变形后的图像，从而得到物体表面的三维信息的一种测量技术。
其原理是通过观察被照射物体的变形，来计算出物体表面的三维坐标信息。
结构光三维扫
描技术具有非接触、高精度、快速测量等特点，因此在工业设计、品质检测、数字化文化
遗产保护等领域都有着广泛的应用。
二、DLP数字微镜技术简介
数字微镜是一种结合了数字成像和光学显微技术的高分辨率成像系统。
而DLP技术是
数字微镜中常用的光学成像技术之一。
DLP技术利用数以百万计的微小可调控的镜面反射
光源，通过不同的反射角度来控制光的投射，从而实现高分辨率、高亮度的图像投射。
在
数字微镜中，DLP技术通过控制微镜板的反射角度，可以实现高分辨率的数字成像，同时
也可以通过控制投射光线的方向和强度来实现对被测物体的照射。
基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统是将DLP技术与结构光三维扫描技术相结合
的一种新型三维扫描系统。
该系统在传统的结构光三维扫描技术基础上，引入了DLP技术，使系统具有了更高的分辨率、更快的扫描速度和更广泛的应用范围。
主要由结构光投影系统、相机或传感器、DLP数字微镜、控制系统等部分组成。
1. 结构光投影系统
结构光投影系统是基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统的核心部件之一。
它通过
投射结构光到被测物体表面，实现对物体表面变形的观测。
传统的结构光投影系统中使用
的是激光光源和具有特殊结构的投影透镜，而基于DLP数字微镜的结构光投影系统则利用DLP技术来实现对结构光的精确投射，从而提高了投射光线的亮度和分辨率。
2. 相机或传感器
相机或传感器是用来捕捉被测物体表面变形后的图像，并进行图像处理和数据计算的
部件。
在基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统中，相机或传感器的分辨率和灵敏度对
于系统的测量精度至关重要。
通过结合DLP技术和高性能的相机或传感器，可以实现对物
体表面变形的快速准确观测，从而获得高质量的三维测量数据。
4. 控制系统
控制系统是基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统的重要组成部分。
它通过对结构
光投影系统、相机或传感器、DLP数字微镜等部件进行控制和协同工作，实现对系统的综
合控制。
控制系统还可以实现对扫描过程中的数据采集和处理，从而实现对被测物体的三维信息的快速高效获取和分析。
基于DLP数字微镜的结构光三维扫描系统在工业设计、品质检测、数字化文化遗产保护等领域具有广泛的应用前景。
在工业设计领域，该系统可以实现对产品表面的三维形貌测量，为产品设计和制造提供高精度的数据支持。
在品质检测领域，该系统可以实现对产品表面缺陷和形状的高精度检测，提高了产品检测的效率和准确性。
在数字化文化遗产保护领域，该系统可以实现对文物和古迹的高精度三维扫描，为文物保护和研究提供了重要的技术手段。