基于ZYNQ的单目面结构光三维测量系统设计

来源：电子测量技术杂志2025年第13期北京时间：

作者：万基茂，张乾坤，周哲海，王福森，班正将

单位：北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院 北京 100192

摘要：针对基于嵌入式平台的结构光三维测量系统普遍存在算法不完整、实现复杂的问题，设计了一种基于ZYNQ的单目面结构光三维测量系统。该系统结合FPGA与ARM处理器，利用Vitis HLS技术实现了基于互补格雷码结合相移算法的高速解码与重建。首先，设计了FPGA图像采集模块，并对结构光图像进行灰度化和中值滤波预处理。随后，利用Vitis HLS实现了结构光图像二值化、相位计算和三维点云求解。最后，基于ARM处理器开发了CMOS相机和图像处理的控制程序，实现了系统模块控制以及灵活的系统参数标定，标定重投影误差低至0.0921 pixel。实验结果表明，系统对复杂物体表面具有高鲁棒性，标准球测量的直径拟合均方根误差低至0.103 7 mm，解码与重建耗时仅为112.67 ms，速度接近CPU的31.5倍，与集成GPU相当，ZYNQ平台功耗仅为2.696 W，验证了系统的可行性和有效性。

关键词：三维测量;面结构光;ZYNQ;Vitis HLS

基金资助：国家自然科学基金（62105038）、北京市长城学者项目（CIT&TCD20190323）、北京市青年人才支持计划（Z2019042）项目资助