基于DLP4500的結構光3DScan應用手冊

本文以博衆視覺的DLP4500光機作為示範，其他廠商的光機操作方法可能會有所不同，建議選擇性的參考本教程。​ 主要介紹了DLP4500的GUI軟體及固件，固件制作，固件上傳，結構光圖案的制作、合成，pattern sequence的設定等。并總結了使用者經常容易犯的一些錯誤以及誤操作，幫使用者少走彎路。如果覺得有用，歡迎多多關注和支援。如需DLP光機，可緻電咨詢。

目錄 
           

一、 準備階段

1.1 硬體

1.2 軟體

二、操作指南

2.1 安裝GUI和Firmware

2.2 硬體連接配接

2.3 DLP4500光機的配置

三、固件的制作及上傳

3.1 制作結構光圖案

3.1.1 結構光圖案的生成

3.1.2 合成結構光圖案

3.2 制作固件Firmware

3.2.1 将結構光圖案寫入到固件生成新固件firmware-1中并燒錄到DLP中

3.2.2 配置sequence settings并生成“.ini”檔案

3.2.3 将“.ini”檔案寫入到firmware-1中并儲存新固件為firmware-2

3.3 上傳固件

一.準備階段

1.1 硬體

• 裝有Windows操作的電腦*1台
• DLP4500光機*1台
• 12V/5A電源擴充卡*1套
• Type-C to USB資料線*1

1.2 軟體

上位機控制軟體GUI：

• DLPLCR4500GUI-4.0.0-windows-installer

DLPC350固件Firmware：

• DLPR350PROM-4p1p0-windows-installer

備注：Win10系統務必使用4.0及以上版本，Win7及以下版本的作業系統，建議使用3.1版本GUI，固件建議都是用最新版本。本文内容使用的GUI版本為目前最新版本4.0，固件為4.1版本，其他版本操作可能會有些差異。

二.操作指南

2.1 安裝GUI和Firmware

直接按照訓示下一步即可，直至安裝完成，無需特别的配置。​

2.2 硬體連接配接

打開GUI軟體，使用Type-C資料線将DLP4500光機與電腦USB相連接配接，然後将電源擴充卡與DLP4500光機的電源接口相連接配接并接通電源（通電後自動開機，無手動開關，斷電也時讓光機處于非投影狀态，然後拔下電源插頭）。

2.3 DLP4500光機的配置

對于結構光應用，主要使用DLP來投射一定數量的結構光圖案，并與工業相機同步實作相機的同步采集。可以通過GUI來配置固件并燒錄到DLP光機中。配置内容包括：

2.3.1 将結構光圖案存儲到固件中

2.3.2 配置光源的顔色、結構光圖案的投影順序及曝光時間

2.3.3 配置投影的觸發信号及觸發方式

以上操作均可以通過GUI配置好固件，然後将固件燒錄到DLP光機的flash中。具體的操作方法及詳細的教程見第三部分“固件的制作”。

三.固件的制作及上傳

固件的制作通常包含以下3個主要步驟：

3.1 制作結構光圖案

3.1.1 結構光圖案的生成

結構光圖案可通過Matlab或openCV來生成，生成的圖案必須是分辨率為912*1140且位深為1bit、2bit、3bit、4bit、5bit、6bit、7bit、8bit的位圖bmp格式。

3.1.2 合成結構光圖案

由于DLP4500的控制器DLPC350中隻有48Mbit的高速buffer，最多能以120Hz顯示6張8bit或以4225Hz顯示48張1bit的圖案，為了充分利用高速緩存，使所有圖案都以允許的最快速度顯示，通常将生成的結構光圖案合成之後，再寫入到固件中。

可通過GUI的Create Images工具合成圖檔，具體操作如下：

3.1.2.1 在Image/Firmware标簽頁，打開自标簽頁Create Images，在Input bmp File中分别選擇上一步生成的結構光圖案

3.1.2.2 浏覽選擇Output bmp File的存儲路徑及名稱，注意手動加上字尾.bmp

3.1.2.3 下拉選擇圖檔位深Bit depth，此處根據圖檔實際的灰階進行選擇，如使用格雷碼，選擇1bit即可，如使用正弦漸變圖案，通常選擇8bit。

3.1.2.4 下拉選擇At bit(s) position in the destination file，如果圖檔是1bit，可選擇G0、G1、……G7，B0、B1……B7和B0、B1……B7等；如果圖檔是8bit，可自動關聯選擇【G7 G6 G5 G4 G3 G2 G1 G0】、【R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0】、【B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0】。此處的RGB僅代表圖檔存儲的資料通道的位置，與投影圖檔的色彩沒有任何關系。

此處需要記住每一幅條紋圖存儲的資料通道，後續配置pattern sequence需要與之一一對應。

3.1.2.5 點選Add to output File，存儲圖檔，主要不要重複點選，重複點選會覆寫之前存儲的圖像，需要重新操作。每存滿24bit圖形，再按以上操作開始合成下一張24bit的圖像。

以下内容可先不檢視，待遇到問題再來查找對應的解決思路。

【備注】

1. 如果是1bit的二值圖，每1張24bit的圖像裡其實是包含24張1bit二值圖的，可以在後續設定pattern sequence時，依次将每一張分别投影出來；
2. 如果是24bit的灰階圖，每1張24bit的圖像裡其實是包含3張8bit的灰階圖的，可以在後續設定pattern sequence時，依次将3張圖像分别投影出來。

【誤區】

1. 使用matlab或者openCV直接生成24bit的圖形

結構光圖案通常是1bit或8bit灰階的，生成的24bit圖形包含了RGB888色彩資訊，實際編碼最多隻用了8bit灰階資訊，其他空白無效部分被填充了，但由于存儲的圖像實際占用了24bit空間，這樣操作會導緻浪費珍貴的48Mbit

buffer，是以建議先生成1bit或8bit條紋，然後通過DLP4500的GUI程式合成24bit圖形。

1. 将單張1bit或8bit合成1張24bit的圖形

DLP4500在Pattern sequence

mode下投影圖案，出現投影圖案錯位的情況。通常是由于buffer内預先加載的48Mbit圖像投影完畢，需要再從flash中去加載48Mbit圖案，而這個加載的時間通常是200ms，而當設定的曝光周期過快時，由于圖像還未加載完成即開始顯示，這樣就會導緻投影圖案錯位的情況。

通常有2種情況：

• 投影的總圖檔空間不超過48Mbit，即1bit圖案不超過48張或8bit圖案不超過6張

切勿将每1張1bit或8bit的圖案單獨生成1張24bit的圖案，這樣的話實際存儲到flash中的圖案将大大超過48Mbit，導緻投影幀率不能達到最高的1bit圖4225Hz或8bit圖120Hz。

正确的操作方式是，将24張1bit或3張8bit合成1張24bit圖案，然後寫入到firmware中，最後再燒錄到flash。

• 投影的總圖檔空間超過48Mbit，即1bit圖案超過48張或8bit圖案超過6張

若投影圖案的空間超過48Mbit，可以适當降低圖檔的灰階，以降低存儲空間，來存儲更多的圖案；或者隻能降低投影的幀率。

由于DLPC350有2個24Mbit

Buffer用于高速緩存，當圖檔超過48Mbit，就需要先清空buffer，然後從flash加載另外的48Mbit圖案，加載時間通常為200ms，是以需要在投影每一個48Mbit圖案的最後一幀時，延長曝光周期至200ms以上，充分load下一組48Mbit圖像後，再顯示下一組圖案。

3.2 制作固件Firmware

将存儲有結構光圖案的firmware燒錄到flash中需要經過3個步驟：

3.2.1 将結構光圖案寫入到固件生成新固件firmware-1并燒錄到DLP中

3.2.1.1 加載固件

如上圖所示，在Image/Firmware标簽頁，打開Firmware Build子标簽頁，點選Browse選擇之前安裝的TI官方固件檔案。

3.2.1.2 填寫标簽

此步驟不可省略，否則無法儲存固件。在Add Firmware Tag處填寫标簽，内容不超過32個ASCII字元，随便填寫即可。

3.2.1.3 添加圖檔

TI官方固件預設存儲了3張圖形，可以替換change、删除Remove或者直接添加Add自己生成的結構光圖案。

圖檔存儲的index預設從0開始，需要記住每一張圖形的index，友善後續配置pattern sequence。

3.2.1.4 儲存合成的新固件firmware-1

點選save updates，儲存固件為一個新的固件firmware-1。

3.2.1.5 将新固件firmware-1燒錄到DLP中

確定DLP與電腦端的GUI控制軟體正常連接配接。

點選firmware upload标簽頁，選擇該固件并upload。

3.2.2 配置sequence settings并生成“.ini”檔案

首先確定DLP與電腦端的GUI軟體連接配接正常。

此步驟的目的是配置好dlp光機預設啟動櫃的工作模式和狀态，上電之後，DLP4500即可根據配置自動運作。

所有設定項都可以修改預設配置，點選對應設定欄的set項目生效，點選get擷取目前配置。結構光應用中，一般會用到的配置如下圖框選出的部分所示，主要包括：

• 運作模式Operating Mode

Pattern Sequence模式每一幀的曝光時間和曝光周期都是相同的

Pattern Sequence[Variable Exposure]模式每一幀曝光時間和曝光周期均可單獨設定

• LED Driver Control & LED selection
• Individual Pattern Settings、Trigger等
• Timing 包括曝光時間Pattern Exposure和 曝光周期Pattern Period
• Pattern Sequence

圖檔順序及曝光時間等一旦設定好并制成固件燒錄之後，運作過程中不能随意修改；如要修改，需重新配置或制作固件。

當以上所有配置都完成之後，依次點選send、Validate Sequence、Play按鈕運作，可實際觀察一下效果，是否按照所需配置執行。如果都無誤，可點選Save solution儲存，儲存的“.ini”檔案留給下一步備用。

，

3.2.3 将“.ini”檔案寫入到firmware-1中并儲存新固件為firmware-2

切換到Firmware Build标簽頁，選擇之前制作好的固件firmware-1，填寫firmware tag，點選Select .ini File并選擇上一步儲存的.ini檔案，點選save updates儲存新固件firmware2，字尾可為.bin或.img格式，需手動輸入。

存儲固件的路徑最好不要有中文或者特殊字元。

3.3 上傳固件

将上述制作好的固件firmware-2燒錄到DLP中即可。

步驟如下：

• 點選切換到Firmware Upload标簽頁
• 選擇制作好的固件firmware-2
• 點選upload直至提示燒錄成功即可

注意上傳過程中不要有其他操作，切勿斷電，關閉軟體，以免上傳固件失敗導緻無法連接配接故障。

完結！！

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博衆視覺産品介紹

基于DLP 微鏡晶片組的工業投影子產品非常适用于需要可程式設計高速光圖形的解決方案。精密的光學設計和結構設計，可以保證高品質的投影效果；主要制闆與光機子產品一體化設計，進而實作像素級精準光控制。體積小巧、工作距離适中以及接口标準化，便于使用者使用和內建。

産品參數

産品圖檔

産品優勢

1、優異的光學性能

• 大光圈，藍光/RGB 光源可選，極高的MTF，圖像邊緣銳利
• 低畸變，畸變均小于0.05%
• 光均勻度＞90%，利于使用灰階編碼圖案
• 可為使用者定制特殊需求的光學性能

2、子產品化設計

• 主要制闆，光機子產品一體化
• 內建2MB 高速flash 晶片，可儲存超過1000 個一維圖形
• 提供I2C，RGB24，SPI等擴充口，友善二次開發
• 提供USB type C 接口，可以使用TI 官方軟體進行控制

3、專為結構光檢測系統設計

• 體積小，不同視場範圍，可靈活配置結構光檢測方案
• 投影亮度動态範圍大，易于對黑色、光澤表面準确測量
• 大光圈，低像差，均勻性好，低畸變，能獲得對比度高，邊緣清晰的編碼圖案，特别适合高精度的檢測需求
• 具備兩路同步觸發I/O信道，可搭建單、雙目結構光檢測系統

博衆視覺公司介紹

博衆視覺，成立于2017年初，目前由博衆智能裝備事業中心、博衆北京技術研究院以及博衆日本研發中心組成，我們緻力于成為世界一流機器視覺公司，為客戶提供視覺核心零部件以及視覺檢測與測量的系統解決方案。

博衆視覺是中國機器視覺聯盟（CMVU）與歐洲機器視覺聯盟（EMVU）成員，也是國家級（中國）企業技術中心，博衆視覺團隊目前有近百名研發人員，其中擁有碩士及以上學曆人員占比超過85%。

我們所開發的結構光3D相機、4億像素超大靶面工業相機以及智能相機等産品被廣泛的應用于各種工業場景，滿足客戶對品質檢測與産品追蹤的需求。

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