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面对自动光学检测（AOI）领域对更高检测精度、速度和稳定性的需求，基于结构光的Gray Code（格雷编码）技术为3D AOI提供了新的视觉方案：格雷编码作为一种用于三维测量的编码方法，通过向被测物体投射一系列具有特定规律的格雷码图案，并利用相机捕捉这些图案的反射图像，可以实现对被测物体的三维坐标和形状的精确计算。这一技术不仅具有反射特性和循环特性，能够降低误码率，提高测量的准确性和稳定性CONTROL ENGINEERING China版权所有，还能够通过多步相位展开提供更高精度的检测结果。
图表 1 SSZTAF8 Technical article | TI.com
结构光技术与深度图的生成
结构光技术运用数字光处理（DLP）投影仪，向待测物体表面投射一系列精密设计的模式控制工程网版权所有，这些模式内含格雷码等特定编码信息，从而在被观察物体上形成独特的反射图案。再采用N步相移法，通过投影仪投射N幅正弦条纹图至物体，并由相机捕捉这些图像。随后，依据捕获的图像利用"相位-深度"映射机制控制工程网版权所有，精确提取物体的深度信息。所生成的深度图直观展现了物体表面的高度特征，是实现高精度测量的基础。Basler VisualApplets图形化开发平台作为一种技术手段，能够高效经济地完成基于格雷码的3D AOI。该技术途径简化了复杂计算，Basler演示功能基于10张格雷码图及全黑、全白图展开。
"向被观察物体投射包含格雷码模式的结构光"
格雷编码的优势与二值化处理
为了应对外部光源干扰，提升编码图案的识别稳定性和准确性，我们引入了基于二值化的格雷编码技术。格雷编码是一种相邻值间仅有一位差异的二进制编码方式，这种特性极大地减少了因光照变化或噪声引起的解码错误。通过将格雷编码图案进行二值化处理（即将图像转换为仅包含黑白两种像素值的图像），我们能够简化图像处理的复杂度，同时保留足够的编码信息以构建高精度的深度图。
10bit深度图像的合成
进一步地，为了提升深度信息的分辨率和细节捕捉能力，我们将多个二值化的格雷编码图案合并成一张具有10bit深度的图像。这意味着每个像素点可以表示1024种不同的灰度级，相较于传统的8bit图像，提供了更丰富的深度信息层次，有助于在复杂表面结构中实现更精细的高度测量。
VisualApplets与FPGA的高效融合
格雷码虽生成规则简单，但在大规模数据处理或复杂算法中，其高精度伴随计算复杂度剧增，形成性能瓶颈。为此，引入VisualApplets能更高效地实现格雷码的编解码，缓解PC端负载以及运算压力。Basler视觉方案将上述流程迁移到VisualApplets图形化开发环境中的FPGA上执行。FPGA以其并行处理和低延迟的特性，非常适合处理高速、高并发的图像数据。在结构光条件下，传感器快速捕获一系列图像堆栈，这些原始数据直接输入到FPGA中进行实时处理，实现了格雷编码的快速解码和深度图的即时生成。
"Basler VisualApplets采用图像化拖拽式编程（上图功能仅示意)"
此外，VisualApplets软件模拟功能还通过内置算法简化了深度信息到伪彩高度图的转换过程，使得高度变化以直观的色彩差异呈现，便于观察和分析CONTROL ENGINEERING China版权所有，从而提高了数据可视化程度。
通过Basler VisualApplets进行格雷编解码的优势：
● 显著提升检测精度：格雷编码的引入显著提高了AOI精确度；
● 增强环境适应性：格雷编码展现出对光照波动及表面差异的适应能力，使得AOI系统能够跨越更多复杂多变的应用场景，显著提升了系统的通用性和灵活性；
● 优化处理效率与降低成本：依托VisualApplets图形化开发平台，通过FPGA实现的格雷编解码的过程更加高效，有效减轻了PC端的处理负担，显著加速了处理速度，优化了整体的计算资源配置控制工程网版权所有，实现了处理效率与成本效益的双重提升；
● 满足定制化精细需求：VisualApplets图形化开发平台允许根据客户的具体需求对格雷编解码进行深度定制开发，从而精准满足各类精细检测要求；
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