[發明專利]基于量子行為粒子群的雙目系統標定方法

有效

• 申請號: 201910223867.6
• 申請日: 2019-03-22
• 公開（公告）號: CN109978957B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 邵明偉;邵明祥;張慧
• 申請（專利權）人: 青島鑫慧銘視覺科技有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06N3/006;G06N10/00;G06V10/44
• 代理公司: 山東重諾律師事務所 37228
• 代理人: 冷奎亨

1.一種基于量子行為粒子群的雙目系統標定方法，其特征在于：借助于兩個或兩個以上的左右設置在且用于拍攝同一物體的攝像機以及該物體所在的靶標；

該方法包括以下步驟：

步驟一，首先，分別建立左右攝像機坐標系；然后，以左攝像機坐標系作為全局坐標系以及基于全局坐標系的圖像平面坐標系；

步驟二，首先，在靶標所在的平面上設定靶標坐標系；然后，根據圖像平面與靶標平面之間的關系，確定攝像機坐標系到靶標坐標系之間的關系；

步驟三，計算靶標特征點在左右攝像機坐標系下的坐標；

步驟四，根據代價函數以及步驟一到步驟三中的參數，由基于量子行為粒子群算法確定左右攝像機坐標系之間的最優轉換關系，完成標定；

在步驟四中，基于量子行為的粒子群算法為全局收斂算法；

借助于兩個或兩個以上且左右設置且用于拍攝同一物體的攝像機以及該物體所在的棋盤格靶標；

該方法包括以下步驟：

步驟一，分別建立左右攝像機坐標系，分別為和

步驟二，設定以左攝像機坐標系作為雙目視覺測量系統的全局坐標系定義為O-XYZ，圖像平面π坐標系為o-uv；

步驟三，首先，在靶標平面上建立靶標世界坐標系O_W-X_WY_WZ_W；然后,將物體分解若干空間特征點K，空間特征點K在靶標世界坐標系OW-X_WY_WZ_W下的坐標為M＝(X_W,Y_W,Z_W)；

步驟四，將該空間特征點K投影到圖像平面π上，得到該空間特征點K其在圖像坐標系o-uv為p＝(u,v)；

步驟五，則根據攝像機投影模型有：

其中，f_x為圖像x軸方向的歸一化焦距,f_y為圖像y軸方向的歸一化焦距，(u₀,v₀)為攝像機主點圖像坐標，R為靶標世界坐標系到攝像機坐標系的旋轉矩陣，t`為靶標世界坐標系到攝像機坐標系的平移矩陣；

步驟六，借助于尺寸已知的靶標，靶標中棋盤格角點作為若干特征點K；

步驟七，由Harris角點提取方法，得到角點的圖像點坐標；

步驟八，根據公式(1)，利用張正友基于2D平面靶標的攝像機標定方法對攝像機進行標定，獲得攝像機的內部參數以及靶標世界坐標系下的外部參數R,t`，即得到棋盤格角點在左右兩個攝像機坐標系下的三維坐標，其中內部參數包括內部參數包括主點(u₀,v₀)、以及歸一化焦距f_x與f_y；

步驟九，建立目標函數方程，即f＝|RT*P_l-P_r|，其中RT為左攝像機到右攝像機的旋轉和平移矩陣，P_l為特征點K在左攝像機坐標系的表達，P_r為特征點K在右攝像機坐標系的表達，對RT中的旋轉矩陣采用超參數表示，即采用9個變量替代旋轉矩陣的6個自由度，因此，轉換矩陣包括旋轉矩陣和平移矩陣；轉換矩陣一共有12個自由度；

步驟十，在步驟九的轉換矩陣的12維目標搜索空間中，基于量子行為的粒子群算法進行全局搜索，以得到轉換矩陣全局最優的解。

2.根據權利要求1所述的基于量子行為粒子群的雙目系統標定方法，其特征在于：在步驟十中，基于量子行為的粒子群算法進行全局搜索的方法為將空間特征點K作為粒子置于量子物理學中，采用波動函數的運動方式，同時，在量子行為粒子群模型中，通過波動函數給定的概率密度函數確定M在設定位置出現的概率；

具體包括以下步驟；

步驟A，隨機初始化粒子的當前位置，并將其設為代表轉換矩陣的最優解的最優位置；

步驟B，對于目標函數f(x)的N＝12維的目標搜索空間中M個潛在問題解由M個粒子組成的群體X(t)以及N維的空間粒子位置X_i(t)表示，即

根據公式(3)計算得到粒子群的平均最好位置；

步驟C，根據公式(3)得到粒子的進化方程為

X_i,j(t+1)＝p_i,j(t)αg|C_j(t)-X_i,j(t)|gln[1/u_i,j(t)]；u_i,j(t)～U(0,1)， (3)

其中，

a為收縮擴張系數，j＝1,2,...,M；U(0,1)是在(0,1)內X_i,j(t)服從的平均分布；

根據公式(4)更新步驟B中粒子個體的最好位置與計算粒子的當前位置的適應值；

步驟D，將步驟C中的粒子的適應值與步驟A中的全局最優位置進行比較，并根據公式(4)進行更新得到

其中，f(x)為目標函數，

根據公式(5)得到粒子i的個體最好位置Pi(t)；

步驟E，根據公式(5)得到

根據公式(6)計算粒子新位置；

步驟F，迭代步驟A-E，獲得最優的旋轉矩陣和平移矩陣，最后由公式(6)得到群體的全局最好位置G(t)。