Implementación de un sistema de medición de forma 3D basado en FPGA utilizando síntesis de alto nivel
Autores: Kim, Tae-Hyeon; Lee, Hyunki; Ok, Seung-Ho
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Implementación de un sistema de medición de forma 3D basado en FPGA utilizando síntesis de alto nivel
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Medición de forma
Nubes de puntos
Perfilometría de medición de fase
Tiempos de cálculo
Métodos de doble longitud de onda
Sistema en un Chip
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 32
Citaciones: Sin citaciones
La medición de formas tridimensionales (3D) utilizando nubes de puntos ha ganado recientemente una atención significativa. La perfilometría de medición de fase (PMP) es ampliamente preferida por su robustez contra cambios de iluminación externa y resultados de alta precisión. Sin embargo, la PMP sufre de largos tiempos de cálculo debido a cálculos complejos y su alto uso de memoria. También enfrenta un problema de ambigüedad 2, ya que la fase medida está limitada al rango de 2. Esto se resuelve típicamente utilizando métodos de doble longitud de onda. Sin embargo, estos métodos requieren mediciones separadas de cambios de fase en dos longitudes de onda, lo que aumenta el volumen de procesamiento de datos y los tiempos de cálculo. Nuestro estudio aborda estos desafíos implementando un sistema de medición de formas 3D en un FPGA del tipo System-on-Chip (SoC). Desarrollamos un algoritmo PMP con métodos de doble longitud de onda, acelerándolo a través de síntesis de alto nivel (HLS) en el FPGA. Esta implementación de hardware reduce significativamente el tiempo de cálculo manteniendo la precisión de la medición. Los resultados experimentales demuestran que nuestro sistema opera correctamente en el FPGA del tipo SoC, logrando velocidades de cálculo aproximadamente 11.55 veces más altas que las implementaciones de software convencionales. Nuestro enfoque ofrece una solución práctica para la medición de formas 3D en tiempo real, beneficiando potencialmente aplicaciones en campos como control de calidad, robótica y visión por computadora.
Descripción
La medición de formas tridimensionales (3D) utilizando nubes de puntos ha ganado recientemente una atención significativa. La perfilometría de medición de fase (PMP) es ampliamente preferida por su robustez contra cambios de iluminación externa y resultados de alta precisión. Sin embargo, la PMP sufre de largos tiempos de cálculo debido a cálculos complejos y su alto uso de memoria. También enfrenta un problema de ambigüedad 2, ya que la fase medida está limitada al rango de 2. Esto se resuelve típicamente utilizando métodos de doble longitud de onda. Sin embargo, estos métodos requieren mediciones separadas de cambios de fase en dos longitudes de onda, lo que aumenta el volumen de procesamiento de datos y los tiempos de cálculo. Nuestro estudio aborda estos desafíos implementando un sistema de medición de formas 3D en un FPGA del tipo System-on-Chip (SoC). Desarrollamos un algoritmo PMP con métodos de doble longitud de onda, acelerándolo a través de síntesis de alto nivel (HLS) en el FPGA. Esta implementación de hardware reduce significativamente el tiempo de cálculo manteniendo la precisión de la medición. Los resultados experimentales demuestran que nuestro sistema opera correctamente en el FPGA del tipo SoC, logrando velocidades de cálculo aproximadamente 11.55 veces más altas que las implementaciones de software convencionales. Nuestro enfoque ofrece una solución práctica para la medición de formas 3D en tiempo real, beneficiando potencialmente aplicaciones en campos como control de calidad, robótica y visión por computadora.