[發(fā)明專利]一種基于粒子群算法的亞像素定位方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010798375.2
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111968178A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王世剛;高鵬;趙運(yùn)來;玄玉波;季成旺
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/11;G06T3/40;G06F30/20;G06N3/00
• 代理公司: 沈陽銘揚(yáng)聯(lián)創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

1.一種基于粒子群算法的亞像素定位方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：使用matlab仿真出數(shù)字散斑圖像作為原圖，對原圖進(jìn)行平移得到目標(biāo)圖；

S2：在原圖中選擇一個待測點，并記錄下待測點的坐標(biāo)(x,y)，在變形后的散斑圖中以坐標(biāo)(x,y)為中心，劃分出一個2R*2R大小的矩形區(qū)域，作為目標(biāo)區(qū)域，其中R為搜索半徑，在原圖中，以待測點為中心，劃分出一個2r*2r的矩形區(qū)域作為樣本子區(qū)用于計算相關(guān)系數(shù)，其中r為樣本子區(qū)半徑；

S3：在目標(biāo)區(qū)域中，隨機(jī)初始化n個點，作為粒子群算法中隨機(jī)初始化的n個粒子，針對每個粒子，以該粒子為中心劃分出一個2r*2r的矩形區(qū)域作為目標(biāo)子區(qū)，使用粒子群算法找到變形后的散斑圖像中整像素坐標(biāo)點，根據(jù)定位到的整像素坐標(biāo)點，求解出整像素位移；

S4：針對步驟S3得到的整像素坐標(biāo)點，以該點為中心，劃分一個10*10的矩形區(qū)域作為待插值區(qū)域，使用雙三次插值算法對該區(qū)域進(jìn)行插值，然后使用粒子群算法找到插值后的該區(qū)域中相關(guān)系數(shù)最大的點；

S5：對于上一步找到的相關(guān)系數(shù)最大的點，使用二次多項式擬合算法計算出亞像素坐標(biāo)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的亞像素定位方法，其特征在于：步驟S2中在目標(biāo)圖中選取的樣本子區(qū)半徑大小為10個像素。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的亞像素定位方法，其特征在于：所述步驟S3中的粒子群算法初始種群大小為400，每個粒子的起點坐標(biāo)隨機(jī)初始化，隨機(jī)初始化飛行速度，迭代次數(shù)150，算法收斂后停止搜尋。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的亞像素定位方法，其特征在于：步驟S4中，雙三次插值算法對待插值區(qū)域進(jìn)行插值包括：通過對該區(qū)域的x方向和y方向分別進(jìn)行一次三次插值獲得雙三次插值，在圖像插值過程中，采用sinc函數(shù)進(jìn)行灰度插值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的亞像素定位方法，其特征在于：步驟S4中使用雙三次插值算法對目標(biāo)點周圍選取16個點作為駐點，然后將插值區(qū)域放大20倍，在放大后的子區(qū)域中使用粒子群算法找到相關(guān)系數(shù)最大的點。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于粒子群算法的亞像素定位方法，其特征在于：步驟S5中，得到目標(biāo)圖中的整像素點坐標(biāo)之后，使用該點周圍的8個點來計算二元多項式擬合中的參數(shù)，該8個點的坐標(biāo)分別為(x₀,y₀)、(x₀,y₁)、(x₀,y₂)、(x₁,y₀)、(x₂,y₀)、(x₁,y₁)、(x₁,y₂)、(x₂,y₁)、(x₂,y₂)，對于擬合之后求出的坐標(biāo)，計算出的位移除以20，得到最終的亞像素位移。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于粒子群算法的亞像素定位方法，其特征在于：二元多項式中擬合函數(shù)為：

f(x,y)＝a₀₀+a₁₀x+a₀₁y+a₂₀x²+a₁₁xy+a₀₂y²

取3×3的擬合窗口，則有：

f(x₀,y₀)＝a₀₀+a₁₀x₀+a₀₁y₀+a₂₀x₀²+a₁₁x₀y₀+a₀₂y₀²

f(x₀,y₁)＝a₀₀+a₁₀x₀+a₀₁y₁+a₂₀x₀²+a₁₁x₀y₁+a₀₂y₁²

f(x₀,y₂)＝a₀₀+a₁₀x₀+a₀₁y₂+a₂₀x₀²+a₁₁x₀y₂+a₀₂y₂²

f(x₁,y₀)＝a₀₀+a₁₀x₁+a₀₁y₀+a₂₀x₁²+a₁₁x₁y₀+a₀₂y₀²

f(x₂,y₀)＝a₀₀+a₁₀x₂+a₀₁y₀+a₂₀x₂²+a₁₁x₂y₀+a₀₂y₀²

f(x₁,y₁)＝a₀₀+a₁₀x₁+a₀₁y₁+a₂₀x₁²+a₁₁x₁y₁+a₀₂y₁²

f(x₁,y₂)＝a₀₀+a₁₀x₁+a₀₁y₂+a₂₀x₁²+a₁₁x₁y₂+a₀₂y₂²

f(x₂,y₁)＝a₀₀+a₁₀x₂+a₀₁y₁+a₂₀x₂²+a₁₁x₂y₁+a₀₂y₁²

f(x₂,y₂)＝a₀₀+a₁₀x₂+a₀₁y₂+a₂₀x₂²+a₁₁x₂y₂+a₀₂y₂²

其中，a₀₀、a₀₁、a₁₀、a₂₀、a₁₁、a₀₂為待求解的系數(shù)，利用最小二乘法，求得上述方程組中的6個系數(shù)，在擬合曲面的極值點處，滿足：

求解得亞像素坐標(biāo)：

根據(jù)求出的亞像素坐標(biāo)可求得亞像素位移。