【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构光3d测量领域，具体提供一种基于led芯片阵列的双频正弦条纹投射模块。
技术介绍
1、在结构光3d测量领域，投影设备将具有特定编码的图案投影到物体表面，然后分析相机捕捉到的图案，从而恢复物体的3d形状。条纹投影轮廓术(fringe projectionprofilometry，fpp)是结构光3d测量技术的一个重要类别，具有结构简单、精度高、速度快、成本低、易实现等优点，在工业和科学研究领域都有较广泛的应用。fpp中两种主要的相位测量技术是相移轮廓术(phase shifting profilometry,psp)和傅里叶变换轮廓术(fourier transform profilometry,ftp)，相较于ftp，psp因其较高的空间分辨率和相位测量精度，在高速3d测量领域占据主流地位。基于psp的三维投影方法有很多种，常用的是基于dlp投影仪的数字条纹投影技术，但器件成本较高，投影速度有限，投影标准的正弦条纹场能达到的最大投影速度只有百赫兹量级，无法满足高速测量的要求；研究人员为了提高投影速度，提出了方波二进制投影，再使用离焦处理获得正弦条纹场的方法，但此类方法依旧受限于dlp投影仪的最大投影速度，能达到的最大二值图像切换速度在千赫兹量级，远低于帧率上万的高速相机。led芯片的响应速度快，可以实现更高速度的图像切换，采用led芯片阵列作为光源，可以通过通道选通的方式实现高帧率投影，成本较低，控制简单，且有望制作出小型化投影设备。
2、psp三维测量中，与物体高度所对应的相位信息都是由反正切函数
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于led芯片阵列的双频正弦条纹投影模块，用以解决高速3d测量中单频投影设备空间相位展开过程出现相位歧义的问题；本专利技术创造性的设计了一种led芯片阵列结构，通过对led芯片阵列电路的p、n极分组布线，分时控制输出，可以产生具有三步或四步相移关系的被投影图案，二者周期不同，经过柱面镜与相位板后，投影出双频相移正弦条纹照明场；本专利技术结构简单、控制方便，在高速3d测量中具有广阔的应用前景。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于led芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，包括：led芯片阵列1、柱面镜2、相位板3及电极控制电路4；其特征在于，所述led芯片阵列、柱面镜与相位板构成投影系统，所述电极控制电路对led芯片阵列进行分组控制以实现选通点亮，分时产生三幅具有120°相移关系的被投影图案或者四幅具有90°相移关系的被投影图案，被投影图案经过柱面镜与相位板产生正弦相移条纹照明场。
4、进一步的，三步相移的投射周期数是2n，四步相移的投射周期数是3n，n为正整数。
5、进一步的，所述led芯片阵列由基板和12n个倒装led芯片组成，led芯片采用两行式阵列排布，每行各6n个led芯片、且同一行中相邻led芯片之间紧密排列，同时，第二行相对于第一行后移w/2，w为单个led芯片在行方向上的宽度。
6、再进一步的，每个led芯片都由两个电极控制，第一行中led芯片按照上p下n设置，第二行中led芯片按照上n下p设置；
7、每行的第3n+1(n＝0,1,2,…,2n-1)列led芯片由p极并联引出，构成芯片组l1、l8；每行的第3n+2(n＝0,1,2,…,2n-1)列led芯片由p极并联引出，构成芯片组l2、l9；每行的第3n+3(n＝0,1,2,…,2n-1)列led芯片由p极并联引出，构成芯片组l3、l10；其中，芯片组l1、l2与l3位于第一行，芯片组l8、l9与l10位于第二行；
8、每行的第2n+1(n＝0,1,2,…,3n-1)列led芯片由n极并联引出，构成芯片组l4、l6；每行的第2n+2(n＝0,1,2,…,3n-1)列led芯片由n极并联引出，构成芯片组l5、l7；其中，芯片组l4与l5位于第一行，芯片组l6与l7位于第二行。
9、更进一步的，所述电极控制电路将芯片组l4～l7接低电压，将芯片组l1～l3与l8～l10采用选通的方式接高电压，实现对特定芯片组的选通点亮；点亮芯片组的顺序依次为[l1，l8，l10]、[l2，l8，l9]、[l3，l9，l10]，循环选通点亮以产生三幅具有120°相移关系的被投影图案。
10、更进一步的，所述电极控制电路将芯片组l1～l3与l8～l10接高电压，将芯片组l4～l7采用选通的方式接低电压，实现对特定芯片组的选通点亮；点亮芯片组的顺序依次为[l4，l6]、[l5，l6]、[l5，l7]、[l4，l7]，循环选通点亮产生四幅具有90°相移关系的被投影图案。
11、从工作原理上讲：
12、本专利技术所提出的投射模块，对led芯片阵列的p、n极分组布线，分时控制输出，产生不同频率的具有90°相移关系与具有120°相移关系阶梯状被投影图案；根据光路结构原理，对焦投影面上的光场可以描述为i(x,y)与psf(x,y)的卷积，其中，i(x,y)为阶梯状被投影图案的2d倒像，psf(x,y)为柱面镜与相位板共同作用产生的点扩展函数，该点扩展函数近似为一条y向线段做x向扩展的结果，卷积的结果将led芯片阵列发光图案的2d倒像在x方向进行类线段扩展，在y方向进行钟形扩展；在电极电路的控制下，投影得到的光场为正弦相移条纹照明场。
13、本专利技术的有益效果在于：
14、本专利技术提供了一种基于led芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，通过对不同组的led芯片的pn极分组布线，分时控制输出，产生不同频率的具有90°相移关系与具有120°相移关系阶梯状被投影图案，再通过柱面镜与相位板作用，投影得到正弦相移条纹照明场，具体具有如下优点：
15本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于LED芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，包括：LED芯片阵列(1)、柱面镜(2)、相位板(3)及电极控制电路(4)；其特征在于，所述LED芯片阵列、柱面镜与相位板构成投影系统，所述电极控制电路对LED芯片阵列进行分组控制以实现选通点亮，分时产生三幅具有120°相移关系的被投影图案或者四幅具有90°相移关系的被投影图案，被投影图案经过柱面镜与相位板产生正弦相移条纹照明场。
2.按权利要求1所述基于LED芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，其特征在于，三步相移的投射周期数是2N，四步相移的投射周期数是3N，N为正整数。
3.按权利要求1所述基于LED芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，其特征在于，所述LED芯片阵列由基板和12N个倒装LED芯片组成，LED芯片采用两行式阵列排布，每行各6N个LED芯片、且同一行中相邻LED芯片之间紧密排列，同时，第二行相对于第一行后移W/2，W为单个LED芯片在行方向上的宽度。
4.按权利要求3所述基于LED芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，其特征在于，每个LED芯片都由两个电极控制，第一行中LED芯片按照上P下N
5.按权利要求4所述基于LED芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，其特征在于，所述电极控制电路将芯片组L4～L7接低电压，将芯片组L1～L3与L8～L10采用选通的方式接高电压，实现对特定芯片组的选通点亮；点亮芯片组的顺序依次为[L1，L8，L10]、[L2，L8，L9]、[L3，L9，L10]，循环选通点亮以产生三幅具有120°相移关系的被投影图案。
6.按权利要求4所述基于LED芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，其特征在于，所述电极控制电路将芯片组L1～L3与L8～L10接高电压，将芯片组L4～L7采用选通的方式接低电压，实现对特定芯片组的选通点亮；点亮芯片组的顺序依次为[L4，L6]、[L5，L6]、[L5，L7]、[L4，L7]，循环选通点亮产生四幅具有90°相移关系的被投影图案。
...【技术特征摘要】
1.一种基于led芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，包括：led芯片阵列(1)、柱面镜(2)、相位板(3)及电极控制电路(4)；其特征在于，所述led芯片阵列、柱面镜与相位板构成投影系统，所述电极控制电路对led芯片阵列进行分组控制以实现选通点亮，分时产生三幅具有120°相移关系的被投影图案或者四幅具有90°相移关系的被投影图案，被投影图案经过柱面镜与相位板产生正弦相移条纹照明场。
2.按权利要求1所述基于led芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，其特征在于，三步相移的投射周期数是2n，四步相移的投射周期数是3n，n为正整数。
3.按权利要求1所述基于led芯片阵列的双频正弦条纹投射模块，其特征在于，所述led芯片阵列由基板和12n个倒装led芯片组成，led芯片采用两行式阵列排布，每行各6n个led芯片、且同一行中相邻led芯片之间紧密排列，同时，第二行相对于第一行后移w/2，w为单个led芯片在行方向上的宽度。
4.按权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭仁军，梁永伟，岳慧敏，郭家昊，刘强强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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