[发明专利]基于量子行为粒子群的双目系统标定方法

权利要求书

1.一种基于量子行为粒子群的双目系统标定方法，其特征在于：借助于两个或两个以上的左右设置在且用于拍摄同一物体的摄像机以及该物体所在的靶标；

该方法包括以下步骤：

步骤一，首先，分别建立左右摄像机坐标系；然后，以左摄像机坐标系作为全局坐标系以及基于全局坐标系的图像平面坐标系；

步骤二，首先，在靶标所在的平面上设定靶标坐标系；然后，根据图像平面与靶标平面之间的关系，确定摄像机坐标系到靶标坐标系之间的关系；

步骤三，计算靶标特征点在左右摄像机坐标系下的坐标；

步骤四，根据代价函数以及步骤一到步骤三中的参数，由基于量子行为粒子群算法确定左右摄像机坐标系之间的最优转换关系，完成标定；

在步骤四中，基于量子行为的粒子群算法为全局收敛算法；

借助于两个或两个以上且左右设置且用于拍摄同一物体的摄像机以及该物体所在的棋盘格靶标；

该方法包括以下步骤：

步骤一，分别建立左右摄像机坐标系，分别为和

步骤二，设定以左摄像机坐标系作为双目视觉测量系统的全局坐标系定义为O-XYZ，图像平面π坐标系为o-uv；

步骤三，首先，在靶标平面上建立靶标世界坐标系O_W-X_WY_WZ_W；然后,将物体分解若干空间特征点K，空间特征点K在靶标世界坐标系OW-X_WY_WZ_W下的坐标为M＝(X_W,Y_W,Z_W)；

步骤四，将该空间特征点K投影到图像平面π上，得到该空间特征点K其在图像坐标系o-uv为p＝(u,v)；

步骤五，则根据摄像机投影模型有：

其中，f_x为图像x轴方向的归一化焦距,f_y为图像y轴方向的归一化焦距，(u₀,v₀)为摄像机主点图像坐标，R为靶标世界坐标系到摄像机坐标系的旋转矩阵，t`为靶标世界坐标系到摄像机坐标系的平移矩阵；

步骤六，借助于尺寸已知的靶标，靶标中棋盘格角点作为若干特征点K；

步骤七，由Harris角点提取方法，得到角点的图像点坐标；

步骤八，根据公式(1)，利用张正友基于2D平面靶标的摄像机标定方法对摄像机进行标定，获得摄像机的内部参数以及靶标世界坐标系下的外部参数R,t`，即得到棋盘格角点在左右两个摄像机坐标系下的三维坐标，其中内部参数包括内部参数包括主点(u₀,v₀)、以及归一化焦距f_x与f_y；

步骤九，建立目标函数方程，即f＝|RT*P_l-P_r|，其中RT为左摄像机到右摄像机的旋转和平移矩阵，P_l为特征点K在左摄像机坐标系的表达，P_r为特征点K在右摄像机坐标系的表达，对RT中的旋转矩阵采用超参数表示，即采用9个变量替代旋转矩阵的6个自由度，因此，转换矩阵包括旋转矩阵和平移矩阵；转换矩阵一共有12个自由度；

步骤十，在步骤九的转换矩阵的12维目标搜索空间中，基于量子行为的粒子群算法进行全局搜索，以得到转换矩阵全局最优的解。

2.根据权利要求1所述的基于量子行为粒子群的双目系统标定方法，其特征在于：在步骤十中，基于量子行为的粒子群算法进行全局搜索的方法为将空间特征点K作为粒子置于量子物理学中，采用波动函数的运动方式，同时，在量子行为粒子群模型中，通过波动函数给定的概率密度函数确定M在设定位置出现的概率；

具体包括以下步骤；

步骤A，随机初始化粒子的当前位置，并将其设为代表转换矩阵的最优解的最优位置；

步骤B，对于目标函数f(x)的N＝12维的目标搜索空间中M个潜在问题解由M个粒子组成的群体X(t)以及N维的空间粒子位置X_i(t)表示，即

根据公式(3)计算得到粒子群的平均最好位置；

步骤C，根据公式(3)得到粒子的进化方程为

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为收缩扩张系数，j＝1,2,...,M；U(0,1)是在(0,1)内X_i,j(t)服从的平均分布；

根据公式(4)更新步骤B中粒子个体的最好位置与计算粒子的当前位置的适应值；

步骤D，将步骤C中的粒子的适应值与步骤A中的全局最优位置进行比较，并根据公式(4)进行更新得到

其中，f(x)为目标函数，

根据公式(5)得到粒子i的个体最好位置Pi(t)；

步骤E，根据公式(5)得到

根据公式(6)计算粒子新位置；

步骤F，迭代步骤A-E，获得最优的旋转矩阵和平移矩阵，最后由公式(6)得到群体的全局最好位置G(t)。