CN220323156U - 一种扩展dlp结构光显示系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及扩展DLP结构光显示系统，包括上位机、主控制器、多个DLP存储器、多个DLP模块和相机；上位机包括图案处理单元和烧录单元；图案处理单元，将高分辨率或高位深原始图案分割成多个并对分割后图案复用相同的时序配置；烧录单元，将多个时序配置烧录到相应数量的DLP存储器中；主控制器，对多个DLP模块分别进行精确同步控制触发；通过对高分辨率或高位深原始图案进行分割，并且主控制器对各个DLP模块的精确控制触发，不同DLP模块每个对应图案曝光时间的延迟控制20‑40ns的内，远小于1us，对相机采集或显示等影响完全可以忽略不计，实现了高精度的扩展DLP结构光显示功能，使其能够满足工业AOI检测要求，解决了这一行业难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业AOI检测技术领域，更具体地说，涉及一种扩展DLP结构光显示系统。
背景技术
近年来随着机器视觉人工智能技术的发展，使用TI的DLP光控制技术做为工业3D结构光显示核心的光学产品越来越普及，DLP技术提供了1BIT,8BIT的DMD显示产品逐渐成熟稳定，可以用于相对精确的光控制。如DLP3010LC或DLP4710LC显示芯片等，配合对应的控制芯片如DLPC3478,DLPC3479可以精确控制投影输出720P(1280*720)或1080P(1920*1080P)分辨率的1D光栅图案。该光控制技术用于AOI,SPI,机器扫描等领域。
随着应用场景的发展，市场对输出的分辨率或输出的光功率的需求也逐渐提升。提高分辨率主要实现两种需求，在相同的测量精度下增加检测的测量面积或者在相同检测面积的基础上提高测量精度。提高光功率的需求主要是为了在相同的投影面积实现输出更高的光强或者输出更高位深的光栅。
但是TI对更高物理分辨率或更高位深的用于光控制的DMD产品推出频率并不是很快，或者有其成本也相对较高。那么在现有光控制DMD的基础上如果能通过组合多个DMD及驱动，增强同步光控制的方式实现更高分辨率的技术是更具性价比的。
传统的使用多DMD增强DLP显示功能主要基于RGB显示或3D打印应用，适合60HZ左右的显示，同步精度要求不高，实现相对简单，但是工业AOI检测要求检测速度达到180HZ、240HZ甚至360HZ，使用多DLP增强显示时对同步的精度要求则更高，采用传统的方式难以达到多模块同步检测要求，因而需要一种能够解决该项行业难题的扩展DLP结构光显示的系统。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种扩展DLP结构光显示系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种扩展DLP结构光显示系统，其中，所述系统包括上位机、主控制器、多个DLP存储器、多个DLP模块和相机；
所述上位机包括图案处理单元和烧录单元；
所述图案处理单元，用于将高分辨率或高位深原始图案分割成多个并对分割后图案复用相同的时序配置；所述烧录单元，用于将多个时序配置烧录到相应数量的DLP存储器中；
所述主控制器，用于对多个DLP模块分别进行精确同步控制触发；
所述相机，用于对多个DLP模块每次触发的输出图案进行拍照并输出至外部AOI检测系统。
本实用新型所述的扩展DLP结构光显示系统，其中，所述烧录单元包括USB hub芯片和与所述USB hub芯片电连接的多个USB转换SPI芯片，每一所述USB转换SPI芯片电连接一个所述DLP存储器；多个DLP存储器并行烧录。
本实用新型所述的扩展DLP结构光显示系统，其中，所述主控制器还用于接收外部投影时序切换命令，并在收到投影时序切换命令相应的控制多个DLP存储器同步加载新时序及其对应图案集。
本实用新型所述的扩展DLP结构光显示系统，其中，所述系统还包括计数单元；
所述计数单元，用于在多个DLP模块进行一次输出图案后进行计数。
本实用新型所述的扩展DLP结构光显示系统，其中，所述图案处理单元，用于将每个4K-8BIT图案拆分成4个1080P-8BIT图案或将每个1080P-10BIT图案拆分成4个1080P-8BIT图案；所述时序配置和所述DLP存储器的数量均为4；所述DLP模块的数量为4。
本实用新型的有益效果在于：应用本申请的系统，通过对高分辨率或高位深原始图案进行分割，并且主控制器对各个DLP模块的精确控制触发，不同DLP模块每个对应图案曝光时间的延迟控制20-40ns的内，远小于1us，对相机采集或显示等影响完全可以忽略不计，实现了高精度的扩展DLP结构光显示功能，使其能够满足工业AOI检测要求，解决了这一行业难题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
图1是本实用新型较佳实施例的扩展DLP结构光显示系统原理框图；
图2是本实用新型较佳实施例的扩展DLP结构光显示系统烧录原理图；
图3是本实用新型较佳实施例的扩展DLP结构光显示系统控制投影原理图。
图4是本实用新型较佳实施例的扩展DLP结构光显示系统烧录流程图；
图5是本实用新型较佳实施例的扩展DLP结构光显示系统控制投影流程图；
图6是本实用新型较佳实施例的扩展DLP结构光显示系统时序图。
具体实施方式
为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
一种扩展DLP结构光显示系统，如图1所示，同时参阅图2-图6，系统包括上位机100、主控制器101、多个DLP存储器102、多个DLP模块103和相机104；
上位机100包括图案处理单元1000和烧录单元1001；
图案处理单元1000，用于将高分辨率或高位深原始图案分割成多个并对分割后图案复用相同的时序配置；烧录单元1001，用于将多个时序配置烧录到相应数量的DLP存储器中；
主控制器101，用于对多个DLP模块分别进行精确同步控制触发；
相机104，用于对多个DLP模块每次触发的输出图案进行拍照并输出至外部AOI检测系统；
应用本申请的系统，通过对高分辨率或高位深原始图案进行分割，并且主控制器对各个DLP模块的精确控制触发，不同DLP模块每个对应图案曝光时间的延迟控制20-40ns的内，远小于1us，对相机采集或显示等影响完全可以忽略不计，实现了高精度的扩展DLP结构光显示功能，使其能够满足工业AOI检测要求，解决了这一行业难题；
其中，主控制器对各个DLP模块的精确控制可以采用触发多个与DLP存储器一一对应的DLP模块同步输出一个图案后，等待前暗场后，开始曝光并同步相机，曝光结束后将采集的图像输出至外部AOI检测系统，再等待后暗场后完成一个图案周期的方式来进行控制，当然也可以采用现有的其他精确控制方式，对此不作限定。
优选的，烧录单元包括USB hub芯片和与USB hub芯片电连接的多个USB转换SPI芯片，每一USB转换SPI芯片电连接一个DLP存储器；多个DLP存储器并行烧录；该种方式可以有效提升烧录速度。
优选的，主控制器还用于接收外部投影时序切换命令，并在收到投影时序切换命令相应的控制多个DLP存储器同步加载新时序的初始图案集，便于进行多DLP模块的临时的时序控制。
优选的，系统还包括计数单元；计数单元，用于在多个DLP模块进行一次输出图案后进行计数；计数单元可以采用单独的芯片，也可以是主控制器本身带有的计数器功能；计数功能用于掌握当前输出的图案的数量；
优选的，图案处理单元，用于将4K-8BIT图案拆分成4个1080P-8BIT图案或将1080P-10BIT图案拆分成4个1080P-8BIT图案；时序配置和DLP存储器的数量均为4；DLP模块的数量为4；此种实施方式为一种较佳的实施方式，当然该处的实施方式仅用于其解释说明作用，并不用作对数量的限定，实际数量可以根据实际需要进行增加或减少。
本申请的系统涉及芯片型号示例如下：
| 类型 | 示例型号 | 其他可选型号 |
| USB HUB | CH335 | CH334 |
| USB控制器 | CY7C65215 | CH347H |
| DLP控制器 | DLPC3479 | DLPC3470,DLPC3478 |
| DLP显示芯片 | DLP4710 | DLP2010,DLP3010 |
| DLP电源驱动 | DLPA3005 | DLPA3000 |
| 图案处理单元 | MSP430 | C2000,GD32... |
| DLP存储器 | GD25Q64EWIGR | W25Q64FVZPIG |
上述型号仅用于示例说明，不用于对型号的限定。
以DLP4710LC显示芯片及配套的DLPC3479控制芯片主体技术，集成多个DLP和DLPC作为示例(同理可以推及到DLP2010、DLP3010技术中实现增强显示)，通过上位机合理拆分像素位置或者像素位深，增加精确的图案触发控制实现扩展分辨率或者扩展位深功能，说明如下：
以DLP4710为例单个DMD可以输出物理1920*1080分辨率，通过2个DMD可以实现1920*2160，或通过4个DMD实现4K(3840*2160)。当实现更高位深时，单个DMD可以输出8BIT位深，使用2个DMD实现约9BIT位深，使用4个DMD可以实现约10BIT位深。
单个DMD的每个像素位表示8BIT灰度(0-255),2个DMD表示约9BIT(0-510)，3个DMD表示约9.5BIT(0-765),4个DMD表示约10BIT(0-1020)；受限投影方式无法完全实现完整的10BIT(0-1023)；
单个DLP4710+DLPC3479的DLP控制为例，DLPC内部模式可以支持1BIT或8BIT的1D图案投影，最大支持1行1920像素垂直光栅或1列1080像素水平光栅图案，DLPC在触发模式下，支持一次触发投影单个1080P-8bit的图案。主控制器多次有序触发DLPC，则可以完成一轮多张图案的投影。
如图4和图5所示，整个实用新型包含了切图过程、烧录过程和触发过程。
物理上使某个像素投影亮度呈现灰阶变化的2个途径，一是单独控制该像素点电流大小；二是控制像素位光输出的累计时间。这里使用多个DMD并发控制投影到像素点的灰度。当不同DMD的同一个位置像素点灰度投影到同一个平面物理点位上时，则可以加深亮度的强度或者灰阶层次。当不同DMD的同一个位置像素点灰度投影到物理平面上不同的点时，则可以增加投影面积或者提高投影精度。
切图过程：
若是增强投影面积或投影精度的需求产品，将原始4K-8BIT图案，拆分成4个1080P-8BIT图案。如下表所示，每个DLP模块还是保持基础的功能，只是投影时使用不同位置的图案内容。
用于扩展分辨率时，每个DMD对应的像素位置：
| 像素位 | 0-1919 | 1920-3839 |
| 0-1079 | DMD1 | DMD3 |
| 1080-2159 | DMD2 | DMD4 |
若是扩展投影光强或者位深的需求产品，将原始1080P-10BIT图案，拆分成4个1080P-8BIT图案。如下表所示，每个DLP模块还是保持基础的功能，只是投影相同位置的图案时使用的不同的BIT位的内容。由于表示受限，能表示0～1020个灰阶，略低于10BIT(0～1023)，原始光栅图案设计时可以考虑不用最后那几个灰阶。
用于增强光强或位深时，每个DMD对应的灰度位深度如下：
| BIT | 8 | 9 | 9.5 | 10 |
| DMD | DMD1 | DMD2 | DMD3 | DMD4 |
| 像素值 | 0-255 | +255 | +255 | +255 |
烧录电路及过程，
单个DLP系统的烧录过程，参考图2，使用高速USB hub芯片CH335连接4个CypressUSB转换SPI芯片，4个Cypress USB连接每个主控制器的FLASH上。之所以用Hub转接4个Cypress USB芯片，是为了把4个DLP固件烧录过程并行化，使得烧录速度接近单个DLP烧录速度。
预处理过程
2～4个DLP模块启动后进入内部图案模式，各自加载之前分割后的1D图案，等待触发命令，如果中途收到投影时序切换命令，各模块也应同步加载新时序及其对应的图案集。
触发电路及过程
单个DLP结构光触发的过程，只需要外部一个触发信号，主控制器驱动DLP依次投影每个图案即可；若使用多个DLP模块扩展同步投影时，如果通过一个外部信号就让各模块各自投影每个图案，第1张图案基本同步，但由于不同的模块之间可能存在累积误差，后面的图案投影可能逐渐增大误差，无法同步，导致最后增强的图案显示不一致，相机采集效果可能就打折扣。
因此，参阅图3，主控制器设计对外提供触发输入和触发输出2个IO连接，内部触发一路IO同时连接4个DLP模块的触发输入口，控制每一个pattern图案的同步输出。
由于每个图案集大小可能不同，另外不同图案集配置的曝光时序也可能不同，因此不能使用固定的PWM脉冲信号控制每个DLP模块，需要动态计算每一个图案曝光时序和载入时间，做精确控制触发，这样才能保证图案精确投影，并保持多个DLP模块的同步。
举例如图6所示，包含了3组共11个图案(5+1+5)，每一个pat内部触发后，2个DLP投影输出信号同步误差控制50ns内。由于图案集的图片数量或曝光时序可能设置不一样，触发间隔也是需要变动的。这是为了保证不丢帧，同时保证帧率尽可能快的。
综上通过对高分辨率或高位深原始图案进行分割，并且主控制器对各个DLP模块的精确控制触发，而不是使用统一的批触发；不同DLP模块每个对应图案曝光时间的延迟控制20-40ns的内，远小于1us。对相机采集或显示等影响基本可以忽略不计。实现了高精度的扩展DLP结构光显示功能。8bit图案最高帧率也能保持和单DLP的帧率一致(接近匀速360帧，或者极限427帧)。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种扩展DLP结构光显示系统，其特征在于，所述系统包括上位机、主控制器、多个DLP存储器、多个DLP模块和相机；
所述上位机包括图案处理单元和烧录单元；
所述图案处理单元，用于将高分辨率或高位深原始图案分割成多个并对分割后图案复用相同的时序配置；所述烧录单元，用于将多个时序配置烧录到相应数量的DLP存储器中；
所述主控制器，用于对多个DLP模块分别进行精确同步控制触发；
所述相机，用于对多个DLP模块每次触发的输出图案进行拍照并输出至外部AOI检测系统。
2.根据权利要求1所述的扩展DLP结构光显示系统，其特征在于，所述烧录单元包括USBhub芯片和与所述USB hub芯片电连接的多个USB转换SPI芯片，每一所述USB转换SPI芯片电连接一个所述DLP存储器；多个DLP存储器并行烧录。
3.根据权利要求1所述的扩展DLP结构光显示系统，其特征在于，所述主控制器还用于接收外部投影时序切换命令，并在收到投影时序切换命令相应的控制多个DLP存储器同步加载新时序及对应图案集。
4.根据权利要求1所述的扩展DLP结构光显示系统，其特征在于，所述系统还包括计数单元；
所述计数单元，用于在多个DLP模块进行一次输出图案后进行计数。
5.根据权利要求1-4任一所述的扩展DLP结构光显示系统，其特征在于，所述图案处理单元，用于将4K-8BIT图案拆分成4个1080P-8BIT图案或将1080P-10BIT图案拆分成4个1080P-8BIT图案；所述时序配置和所述DLP存储器的数量均为4；所述DLP模块的数量为4。
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