輪廓測量是一(yī)種用于從表面提取地形學數據以獲得表面形态、台階高度和表面粗糙度的成像技術。 基于相移條紋投影輪廓測量法 (PSFPP) 的動态 3D 表面成像技術已廣泛應用于工(gōng)業制造、考古檢驗、娛樂和生(shēng)物(wù)醫學等領域。PSFPP 的工(gōng)作原理是首先将一(yī)組相移正弦條紋圖案投影到 3D 物(wù)體(tǐ)上，然後分(fēn)析物(wù)體(tǐ)反射的變形結構圖像來獲取3D物(wù)體(tǐ)表面信息。

現有的 PSFPP 技術在同時提供解決空間隔離(lí)3D物(wù)體(tǐ)的魯棒性、表面反射率大(dà)變化的容差以及在視頻(pín)速率下(xià)具有平方米級視場的可調工(gōng)作距離(lí)的靈活性方面存在不足。爲了克服這些限制，加拿大(dà)魁北(běi)克省 INRS Énergie Matériaux 電信研究中(zhōng)心的研究人員(yuán)開(kāi)發了一(yī)種他們稱爲多尺度帶限照明輪廓測量或 MS-BLIP 的技術。在雙級強度投影、多頻(pín)條紋投影和叠代失真補償方法的協同支持下(xià)，MS-BLIP 可以準确識别具有高度變化的反射率的空間隔離(lí)3D物(wù)體(tǐ)。

MS-BLIP 系統以脈沖激光作爲光源。擴展和準直後，光束以與其表面法線約24° 的入射角定向到 0.45 英寸 DMD（數字微鏡器件）。由誤差擴散算法從其相應的灰度模式生(shēng)成的二進制條紋掩模加載到 DMD 上，并以高達 1 kHz 的頻(pín)率顯示。由兩個透鏡和一(yī)個針孔組成的限帶 4f 成像系統将這些二進制圖案轉換爲中(zhōng)間圖像平面上的灰度條紋。使用的正弦條紋圖案的最小(xiǎo)周期爲 388.8 µm，這需要一(yī)個直徑爲 150 µm 的針孔來通過這些圖案的空間頻(pín)率分(fēn)量，同時過濾由數字半色調引起的所有噪聲。道威棱鏡旋轉生(shēng)成的條紋圖案以匹配目标場景的縱橫比。然後，相機鏡頭（AF-P DX NIKKOR 10-20mm f/4.5-5.6G VR，尼康）将這些條紋圖案投射到 3D 物(wù)體(tǐ)上。變形結構圖像由配備 Azure 鏡頭的 Optronis CP70-1HS-M-1900 CoaXPress 相機拍攝。與 DMD 的觸發信号同步，獲取的圖像通過電纜傳輸到計算機的BitFlow Cyton-CXP CoaXPress 圖像采集卡，該圖像采集卡是符合 CXP 1.1 标準的半高尺寸 x8 PCI Gen 3.0 express 卡。

 CoExpress（CXP）是一(yī)種非對稱高速點對點串行通信标準，用于傳輸視頻(pín)和靜态圖像，可通過單根或多根同軸電纜進行擴展。它擁有每根電纜高達12.5 Gbps的高速下(xià)行鏈路，用于視頻(pín)、圖像和數據，以及高達42 Mbps的低速上行鏈路，用于通信和控制。也可通過電纜(“Power-over- coax”)，電纜長度可超100米。

BitFlow, Inc. 銷售總監 Donal Waide 表示：“CoaXPress 的應用正在不斷發展，在精确醫學研究和 3D 檢測中(zhōng)發現了新的用例，Camera Link 或 GigE Vision 是之前的首選标準。結合速度和穩定性，加上越來越多的兼容相機選擇，激發了 CoaXPress 在實驗室環境中(zhōng)的極大(dà)興趣。”

爲了證明MS-BLIP在工(gōng)業檢測中(zhōng)的潛力，研究人員(yuán)拍攝了竹制花瓶的旋轉運動圖像，其延伸的樹(shù)枝以0.6 rad/s的速度旋轉。MS-BLIP的工(gōng)作距離(lí)爲 2 m，視場爲1.5m × 1.0m，3D成像速度爲每秒20.8幀（fps）。在這些工(gōng)作條件下(xià)，深度分(fēn)辨率量化爲3.7 mm，橫向分(fēn)辨率測量爲1.7 mm 。花瓶的特寫視圖顯示了其表面詳細的結構信息，樹(shù)枝的深度編碼顔色變化反映了物(wù)體(tǐ)的旋轉運動。

除了對工(gōng)藝花瓶的旋轉運動進行測試外(wài)，MS-BLIP還被證明在測量體(tǐ)積比現有BLIP系統大(dà)3倍的情況下(xià)，成功地實現了工(gōng)程盒子平移運動的動态三維可視化，以及完整的人體(tǐ)運動。未來的工(gōng)作将通過采用多個攝像機、更快的DMD和更強大(dà)的光源來提高MS-BLIP的成像速度。除了技術改進外(wài)，研究人員(yuán)還将繼續探索新的應用，包括自動工(gōng)業檢測人機交互。

原文：https://www.bitflow.com/news-2/

參考文獻：High-speed dual-view band-limited illumination profilometry using temporally interlaced acquisition .    C Jiang, P Kilcullen, Y Lai, T Ozaki, J Liang Photonics Research 8 (11), 1808-1817, May 2022