新一代结构光3D相机介绍

结构光3D相机，一般指采用多幅条纹光栅（图1），即先通过光栅投射模组（图2）按照时间序列依次投射在被测物体表面（图3），再通过双目对物体表面的光栅进行拍照，基于事先编码规则进行解码和双目视差匹配，从而获得高精度的3D点云。

由于结构光3D相机采用了多幅光栅进行编码，原理上编码精度可精细到1个像素甚至亚像素，相比原理的点云质量和精度会更好一些，已逐渐成为业内主流。

▲ 图1：基于时间编码的结构光光栅示意图

▲ 图2：光栅投射模组光路示意图

▲ 图3：结构光3D相机结构示意图

结构光3D相机点云成像质量的关键

在工业应用中，光栅编码质量是影响结构光3D相机点云质量的关键。在机械臂臂展小于1.5m的场景下，适配的结构光3D相机幅面小，较弱的环境光对光栅的影响也往往较小。在大视野下（和臂展大于2m的机械臂配合），较强的环境光强对光栅的影响较大（图4），从而导致光栅亮暗对比度不明显，即信噪比低（有效光栅信号和环境光噪声的比值）。因此，提高光栅投射亮度是高信噪比的关键。

▲ 图4：3880lux环境光强对光栅编码和点云质量的影响对比

光栅投射模组（光机），本质上是一种专用的投影仪，其性能受核心芯片DLP/DMD的影响。DLP/DMD在国际上仅德州仪器TI公司生产，按照工业级DLP/DMD芯片分类：在0.45英寸DMD以下一般采用LED光源（用于照明），DLP芯片支持的LED光源的功率有限，会导致亮度存在瓶颈；在0.65英寸DMD以上属于工业投影范畴，支持极高的光源功率。因此，采用0.65英寸以上的DMD设计的结构光3D相机在工业环境下抗环境光干扰更强，点云质量更佳。