Um ein hocheffizientes, energiesparendes 3D-Rekonstruktionssystem zu entwickeln, schlägt dieser Artikel eine hardwarebeschleunigte Architektur auf Basis eines FPGA vor, die eine Zwei-Plus-Eins-Phasenverschiebung mit komplementärem Gray-Code kombiniert. Zunächst werden über das Kamerasteuerungsmodul Streifenbilder aufgenommen und gepuffert sowie gefiltert. Anschließend werden die Kernalgorithmen wie Phasenverpackung, Phasenentschlüsselung und 3D-Rekonstruktion durch die parallele Rechenleistung des FPGA hardwareseitig beschleunigt optimiert. Schließlich werden die 3D-Punktwolken-Daten über ein Gigabit-Ethernet-Sendemodul an den Host-PC zum Anzeigen übertragen, wodurch ein komplettes 3D-Messsystem entsteht. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Architektur einen Satz von 11 Streifenbildern mit einer Auflösung von 720×540 in nur 8 ms verarbeitet, verglichen mit 27 ms auf einer traditionellen CPU-Plattform, was eine Effizienzsteigerung um das 3,3-Fache bedeutet. Gleichzeitig beträgt der Gesamtenergieverbrauch des Systems nur 1,687 W, der absolute Phasenfehler 0,0368 rad und der RMS-Fehler 0,0978 mm. Das System erfüllt die Anforderungen an hohe Präzision, hohe Effizienz und niedrigen Energieverbrauch.

FPGA;3D-Rekonstruktion;strukturiertes Licht;komplementärer Gray-Code