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DLP芯片组与3D机器视觉

Robot Vision 来源:电子发烧友网 作者:李宁远 2022-06-23 08:00 次阅读
3D机器视觉一直都是前沿的热门领域,视觉传感在当今的机器人应用、自动驾驶应用领域都有着非常重要的地位。借助数字化3D扫描数据,可以提取一个物体的表面积、体积和形体尺寸。在用来捕捉物体物理尺寸的光学技术里,结构光是一类应用颇多的方法。
(结构光示例,TI

通过检测图形被投射到另一物体上的扭曲和变形,再经过图像处理和三角剖分算法将这些扭曲和变形转换为3D点云数据。视觉能力与点云生成的精确与否直接相关。当需要进行毫米甚至微米级分辨率的快速高精度扫描时,TI DLP技术的结构光系统在业内可以说是享有盛誉,可以通过将TI的数字微镜器件(DMD)技术与摄像头、传感器电机和其他外设集成来轻松构建3D点云,能够灵活控制工业、医疗和安全应用的高分辨率精确图形。

DLP技术的核心——DMD成像器件

在DLP技术里,最核心的器件是DMD成像器件。DMD成像器件中排列了很多小镜片,通过数字信号控制每一个镜片单独去做偏转动作,当光线投射在DMD芯片时,根据镜片的偏转方向光线会传导到不同的角度,从而实现显示。最早的DMD器件只有840个微镜,如今一个DMD器件中拥有最多800万个微镜构建于相应的CMOS存储单元上。DMD芯片支持的波长范围下至355nm的紫外线,上至2500nm的红外线,拥有高达32kHz的快速、可编程图形刷新率。这意味着可以实时获取移动物体的3D扫描数据,再通过使用自适应图形集,进一步优化DLP系统对多个物体和环境的扫描速度和准确度。

分辨率是DMD芯片最重要的特征之一,DMD芯片的范围目前可以覆盖很广的像素,最高超过400万像素。在较大的扫描区域内或者是光照强度较强的环境中,较大MP的DMD器件会更适用,机器视觉应用多使用此类器件,小于1-MP的DMD器件一般在便携的低功耗小型设备中更为常见。

针对紫外、可见光以及近红外不同波长的不同反射特性,DLP系统可以调整颜色和照明强度,这些优化让器件能更容易地与各种光源组合,组合用于生物3D识别的近红外波,用于优化金属反射特性的紫外线等等。DLP系统中使用了反射、可靠MEMS微镜的数组开关,对颜色、距离、运动以及环境的最低敏感度提升了器件长时间处于工况下,以及整个温度范围内的性能。

针对3D机器视觉的DLP

对于机器视觉应用来说,如何选择最佳的DLP芯片组取决于检测物体的形体尺寸、图形速度和系统外形尺寸。同时还需要考虑芯片组本身的特性,例如可移植性、分辨率特性、速度特性。

(3D机器视觉DLP方案,TI)

以DLP4500 为例,DLP4500在可移植性上较为突出,可用作空间光调制器SLM,以快速、准确且高效地操控近红外光以及生成图案。虽然这里把它当作了可移植性高的代表,但是其912×1140的分辨率阵列也不低了,加之紧凑的外形,DLP4500 DMD与单元件探测器结合使用可取代昂贵的基于InGaAs阵列的检测器设计。这一特色还体现在器件与多个光源和波长配对后,能够实现更多功能。

超高分辨率的DLP芯片组在机器视觉中有着诸多应用,一般在此类DMD中微镜数会超过四百万。超高分辨率直接体现在对于大型物体的识别直接提升机器视觉的扫描能力。因为其可编程性,在光谱域、空间域、以及时间域中的性能都会优化。准确地说,在器件工作时,能够动态地将图案进行选择和重新排序,有助于提取最准确的3D信息。
(DLP芯片组,TI)

至于高速特性,目前最大图像速率是32552Hz(1位图形速率),来自DLP7000,是DLP系列组合中模式速率最快的。对于需要DLP产品组合中的最大像素间距和最快图形速率选项的设计人员而言,这是目前最高性能的选择。

写在最后

在DLP芯片组中,除了DMD,其配套的控制器也很重要。DLP控制器会支持预存储的结构光图像,不需要外部视频处理器来传输图像,这样对于器件的高速显示很有帮助,否则器件很难达到高刷的上限。如果控制器还具有相机同步功能,那将进一步增强图像速率,实现更高性能的3D机器视觉扫描。
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    ADF4602 单芯片、多频段3G毫微微蜂窝收发器

    HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

    和特点 转换增益: 12.5 dB(典型值) 镜像抑制: 28 dBc(典型值) 噪声系数: 5 dB(典型值) 针对1 dB压缩(P1dB)的输入功率: -9 dBm(典型值) 输出三阶交调截点(IP3): -1 dBm(典型值) 输出二阶交调截点(IP2): 20 dBm(典型值) RFIN上6倍本振(LO)泄漏: -40 dBm(典型值) IFOUT上1倍LO泄漏: -50 dBm(典型值) 射频(RF)回波损耗: 5 dB(典型值) LO回损: 20 dB(典型值) 裸片尺寸: 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm产品详情 HMC7586是一款集成E频段的砷化镓(GaAs)单芯片微波集成电路(MMIC)同相和正交(I/Q)下变频器芯片,工作频率范围为71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整个频段内提供12.5 dB小信号转换增益和28 dBc镜像抑制性能。 该器件采用低噪声放大器,后接由6倍倍频器驱动的图像抑制混频器。 该镜像抑制混频器使得低噪声放大器之后无需使用滤波器。 可针对直接变频应用提供差分I和Q混频器输出。 或者,可利用外部90°混合型器件和两个外部180°混合型器件将输出合并,以实现单边带应用。 所有数据包括IF端口上1 mil金线焊的效应。应用 E频段通信系统 高容量无线回程 测试与测量...
    发表于 02-22 15:31 119次 阅读
    HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

    HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

    和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 噪声系数:8 dB(典型值) 接收器增益:0 - 70 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 可编程基带增益和滤波器带宽 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成AM和FM检波器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的75引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm × 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,包括低噪声放大器(LNA)、镜像抑制滤波器、RF至IF下变频器、IF滤波器、I/Q下变频器和频率合成器。该接收器的工作频率范围为57 GHz至64 GHz,双边调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64 QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256 QAM的调制。通过通用模拟基带I/Q接口提供对各种调制格式的支持。接收器器件还内置AM和FM检波器以便解调开关键控(OOK)、频移键控(FSK)或最小...
    发表于 02-22 15:14 270次 阅读
    HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

    ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

    和特点 用于单端接收机(Rx)输入和本振(LO)输入的集成巴伦 Rx通道增益: 22 dB 噪声系数(NF): 10 dB P1dB: −10 dBm LO输入范围: -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔离: 30 dB RF信号带宽: 250 MHz Rx输出阻抗: 900 Ω差分 LO输入缓冲器: 24 GHz RF和LO S11(50 Ω时): -5 dB 集成模拟输出的温度传感器:±5° 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):500 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收机下变频器。 每个通道包含一个集成片内巴伦的单端RF输入,后接差分低噪声放大器(LNA),以及集成差分输出缓冲器的下变频混频器。 RF LO路径还有片内巴伦。 片内寄存器通过简单的三线式接口进行控制。 ADF5904采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。 应用 汽车雷达 工业雷达 微波(μW)雷达传感器 方框图...
    发表于 02-22 15:07 481次 阅读
    ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

    ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

    和特点 RF 前端集成了 RF 巴伦和 LNA双平衡有源混频器,带高动态范围 IF 放大器具有低相位噪声和多核 VCO 的小数 N 频率合成器采用集成 LDO 稳压器的 5 V 电源供电输出 P1dB:7 dBm输出 IP3:16 dBm转换增益:36 dB噪声指数:7 dBRF 输入频率范围:16.95 GHz 至 22.05 GHz内部 LO 频率范围:16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 频率范围:900 MHz 至 2500 MHz单端 50 Ω 输入阻抗和 75 Ω IF 输出阻抗可通过 4 线 SPI 编程32 引脚, 5 mm × 5 mm LFCSP 产品详情 ADMV4420 是一款高度集成的双平衡有源混频器,集成了小数 N 分频频率合成器,非常适合下一代 K 波段卫星通信。RF 前端由集成的 RF 巴伦和低噪声放大器(LNA)组成,可实现最佳的 7 dB 单边带噪声指数,同时最大限度地减少外部元件。此外,高动态范围 IF 输出放大器提供 36 dB 的标称转换增益。集成的低相位噪声、小数 N 分频锁相环(PLL),带有多核压控振荡器(VCO)和内部 2 倍乘法器,可为双平衡混频器产生必要的片内 LO 信号,无需外部频率合成。多核 VCO 使用内部自动校准程序,使得 PLL 可选择必要设置,并锁定约 400 μs。...
    发表于 02-22 15:07 261次 阅读
    ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

    ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

    和特点 24 GHz 至 24.25 GHz VCO(工业、科学和医疗(ISM)射频频段) 双通道 24 GHz 功率放大器,输出为 8 dBm 单端输出 具有静音功能的双通道多路复用输出 可编程输出功率 LO 输出缓冲区 射频频率范围:24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制检波器 辅助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模数可实现亚赫兹频率分辨率 PFD 频率高达 110 MHz 归一化相位本底噪声为 −222 dBc/Hz 可编程电荷泵电流 ±5°C 温度传感器 4 线 SPI ESD 性能 HBM:2000 V CDM:250 V 符合汽车应用要求 产品详情 ADF5902 是一款 24 GHz 变送器(Tx)单片微波集成电路(MMIC),具有片内 24 GHz 压控振荡器(VCO)。VCO 具有分数 N 频率合成器,并具有波形生成功能、可编程网格阵列(PGA)和用于雷达系统的双变送器通道。片内 24 GHz VCO 为两个变送器通道和本地振荡器(LO)输出生成 24 GHz 信号。每个变送器通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器的控制都是通过简单的四线串行外设接口(SPI)实现的。ADF5902 采用紧凑式 32 引脚 5 mm × 5 mm LFCSP 封装。应用...
    发表于 02-22 15:06 353次 阅读
    ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

    ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

    和特点 24 GHz至24.25 GHz压控振荡器(VCO) 具有8 dBm输出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 单端输出 具有静音功能的2通道Muxed输出 可编程输出功率 N分频器TX输出(鉴频器) 24GHz LO输出缓冲器 250MHz信号带宽 电源控制检波器 辅助8位ADC ±5°C温度传感器 4线式串行外设接口(SPI) 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):250 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5901是一款24 GHz Tx单片微波集成电路(MMIC),片内集成24 GHz VCO和PGA,并有两个Tx通道,适用于雷达系统。片内24 GHz VCO产生用于2个Tx通道和LO输出的24 GHz信号。每个Tx通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器均通过简单的4线式接口进行控制。ADF5901采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。应用 汽车雷达 工业雷达 微波雷达传感器 工业传感器 精密仪器 油箱液位传感器 智能传感器 开门 节能 商用传感器:对象检测和跟踪 汽车、船舶、飞机和UAV(无人机):防撞 智能运输系统:智能交通监控和控制 监控和安全 方框图...
    发表于 02-22 15:05 646次 阅读
    ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

    HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

    和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 针对1 dB压缩的输出功率:15 dBm 增益:5 - 35 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成MSK调制器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的65引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波发射器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm x 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,工作频率范围为57 GHz至64 GHz,调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250、500或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64-QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256-QAM的调制。通过通用模拟基带IQ接口提供对各种调制格式的支持。发射器芯片还支持专用FSK、MSK、OOK调制格式,从而实现更低成本和功耗的串行数据链路,而无需使用高速数据转换器。差分输出向100 Ω负载提供高达15 dBm的线性输出功率。同时支持单端操作,最高12 dBm。与HMC6301BG46一起,完整的60 G...
    发表于 02-22 12:05 427次 阅读
    HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz