[發明專利]一種基于頻域優化的二值離焦編碼結構光方法

在審

• 申請號: 202010438995.5
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111649692A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 林斌;汪婷
• 申請（專利權）人: 浙江四點靈機器人股份有限公司
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25;G06N3/12
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 李亦慈;唐銀益

1.一種基于頻域優化的的二值離焦編碼結構光方法，其特征在于，基于頻域的優化框架，在頻域對二值圖案進行優化，讓二值圖案的頻譜與正弦條紋的頻譜誤差最小，目標函數可表示為：

其中，E_f為頻率域幅度值誤差，I為標準的正弦圖案，G為二維空間濾波器，P為原始的二值圖案，表示二維濾波操作。

2.根據權利要求1所述的基于頻域優化的的二值離焦編碼結構光方法，其特征在于，所述的優化目標是得到一個二值圖案P，使得對它進行離焦投影后的圖案與理想正弦條紋圖案的頻率譜誤差的平方和最小。

3.根據權利要求1所述的基于頻域優化的的二值離焦編碼結構光方法，其特征在于，為了讓算法在不同的離焦量下都具有魯棒性，目標函數為5×5、9×9、13×13的高斯濾波器下的誤差結果之和，表示為：

4.根據權利要求1或2或3所述的基于頻域優化的的二值離焦編碼結構光方法，其特征在于，基于上述的目標函數，二值圖案可通過遺傳算法優化產生：

為了減少遺傳算法的計算時間，可通過優化一個小的二值塊，然后再根據正弦條紋的周期性和對稱性將二值塊拼接成完整的條紋圖案，根據遺傳算法的要求，二值塊的向量表示即為問題的解，染色體選擇時的適應度函數由式(2)來完成，具體的優化步驟如下：

1)個體維度確定：當待優化的二值化大小為S_y×S_x，其中，S_x表示水平方向上的大小，由條紋周期T決定，S_x與T的關系為S_x＝T/2；S_y表示二值塊垂直方向上的大小，設定其值范圍，并將其初始化為1，這樣可知每個個體是維度大小為S_y×S_x的一維向量；

2)種群初始化：選擇適當的種群大小，并隨機初始化；

3)適應度評價：優化的目標是為了得到最接近正弦圖案的二值離焦圖案，故可選用式(2)作為適應度函數，從而區分群體中個體的好壞；

4)選擇：選擇操作是用來從父代群體中選取優良的個體，以便遺傳到下一代；

5)交叉：用父母的染色體按照一定的方法互相交換部分基因，從而產生兩個新的子代；

6)變異：對子代染色體中的某些基因用其他基因來替換；

7)產生新一代種群：判斷迭代次數超過閾值或者適應度函數的改變是否小于閾值，是則停止迭代得到該S_y×S_x的最優二值塊，否則返回步驟(3)，直到最優解產生；

8)個體維度改變：判斷S_y是否小于其范圍最大值，如果沒有則將S_y的值加1，并返回到步驟(1)；

9)最優二值塊選擇：在得到的不同維度的S_y×S_x二值塊后，選擇使式(2)最小的二值塊，即最終的最優二值塊；

10)二值塊拼接：根據正弦條紋的周期性和對稱性將得到的最優二值塊拼接成一幅完整的條紋圖案。

5.根據權利要求4所述的基于頻域優化的的二值離焦編碼結構光方法，其特征在于，所述的步驟4)中采用隨機競爭選擇方法，即每次按照輪盤賭選擇兩個個體，然后讓這兩個個體進行競爭，適應度高的被選中。

6.根據權利要求4所述的基于頻域優化的的二值離焦編碼結構光方法，其特征在于，所述的步驟5)中采用單點交叉方式，即隨機設置兩個交叉點交換父母的二進制值來產生新個體。

7.根據權利要求4所述的基于頻域優化的的二值離焦編碼結構光方法，其特征在于，所述的步驟6)中，對子代個體采用基本位變異，即對子代的二進制編碼以一定的變異概率隨機位置變異。