利用TIDLP®技术驱动结构光系统实现箱拣精度

在工业环境中，每天需要处理不同形状、尺寸、材料和     光学   特性（如反射比、吸收等）的零件。这些零件必须以特定的方向挑选和放置，然后进行加工。将这些零件随机从存放的环境（容器或其他）中自动挑选并放置的活动通常被称为箱拣。但这对机器人末端执行器（一种连接到     机械   臂末端的设备）提出了挑战，它需要准确地知道要抓取物体的3D位置、尺寸及其想方向。为了做到在箱子外壁和箱内其他物体周围准确导航，机器人的     机器视觉   系统除了需要获取2D相机信息外，还需要获取深度信息。

对于箱拣来说，捕获物体3D影像的难题可以由结构光技术解决。基于结构光技术的3D扫描仪/相机通过将一系列图案投射到被扫描的物体上而工作，并且用相机或     传感器   来捕获图案失真。然后三角剖分算法计算数据并输出3D点云。图像处理软件（如MV     Te   ch开发的Halcon）计算物体位置和机械臂的最佳进场路线（图1）。

图1：使用Halcon将管接头与其各自的3D模型进行匹配的示例（来源：MVTech开发的Halcon）

DLP技术通过安装在半导体芯片顶部的微镜矩阵（也称为数字微镜器件，DMD）提供高速图案投射能力，如图2所示。DMD上的每个像素表示投影图像中的一个像素，并允许像素精确图像投影。微镜在~ 3us时可以转换，以通过投影透镜将入射光反射到物体上或光块上。前者可以在投影场景中获得明亮像素，而后者可以创建暗像素。DLP技术也具备独特的优势，能够使用各种光源（如灯、     LED   和     激光   ）在宽波长范围（420 nm – 2500 nm）内投射图案。

 用于箱拣的由DLP技术驱动的结构光具备多种优势：

图2：DLP芯片包含数百万个可在高速下单独控制并反射光线以产生投影图案的微镜。

    TI   的DLP技术评估模块能够将结构光快速植入机器视觉工作流程。为了演示这种能力，工厂自动化与控制系统工程师以一定的距离和角度将DLP LightCrafter 4500     评估板   安装至单色相机。DLP评估板由相机通过一根互相连接的触     发电   缆触发；如图3所示。

图3：结构光设置，包括DLP产品LightCrafter 4500（左）、灰点前视     红外   线Flea3相机（右）和校准（后）。

    电路板   和相机都通过     USB   连接到PC，且整个设置都用于校准板。使用DLP®技术为3D机器视觉应用程序精确生成点云的参考设计中软件之后会被用于校准相机和投影仪的参数，如焦距、焦点、镜头失真、相对于校准板的相机平移和旋转。参考设计用户指南逐步介绍了此过程。

只有当相机相对于DLP产品板移动时，才需要重新校准。

在完成设置之后，可以创建真实目标的点云。这些云由软件以任意文件格式输出，然后由Halcon的HDevelop平台上开发的一些简短代码来读取和显示。图4显示了一个点云，该点云对装满咖啡杯的箱子的深度信息进行了颜色编码。

图4：在Halcon HDevelop（右）中显示的箱子中，捕捉到的杯子（左）和由DLP驱动的多个杯子的结构光获取的点云

Halcon的表面匹配可以通过比较点云和杯子的3D CAD模型来确定杯子的3D姿态。这样一来，机械臂现在就可以“看到”物体，并且可以计算出机械臂的最佳进场路线，使其能够避开非结构化和不断变化的环境中的障碍物，从而从箱中挑选出物体。