[发明专利]一种基于频域优化的二值离焦编码结构光方法

权利要求书

1.一种基于频域优化的的二值离焦编码结构光方法，其特征在于，基于频域的优化框架，在频域对二值图案进行优化，让二值图案的频谱与正弦条纹的频谱误差最小，目标函数可表示为：

其中，E_f为频率域幅度值误差，I为标准的正弦图案，G为二维空间滤波器，P为原始的二值图案，表示二维滤波操作。

2.根据权利要求1所述的基于频域优化的的二值离焦编码结构光方法，其特征在于，所述的优化目标是得到一个二值图案P，使得对它进行离焦投影后的图案与理想正弦条纹图案的频率谱误差的平方和最小。

3.根据权利要求1所述的基于频域优化的的二值离焦编码结构光方法，其特征在于，为了让算法在不同的离焦量下都具有鲁棒性，目标函数为5×5、9×9、13×13的高斯滤波器下的误差结果之和，表示为：

4.根据权利要求1或2或3所述的基于频域优化的的二值离焦编码结构光方法，其特征在于，基于上述的目标函数，二值图案可通过遗传算法优化产生：

为了减少遗传算法的计算时间，可通过优化一个小的二值块，然后再根据正弦条纹的周期性和对称性将二值块拼接成完整的条纹图案，根据遗传算法的要求，二值块的向量表示即为问题的解，染色体选择时的适应度函数由式(2)来完成，具体的优化步骤如下：

1)个体维度确定：当待优化的二值化大小为S_y×S_x，其中，S_x表示水平方向上的大小，由条纹周期T决定，S_x与T的关系为S_x＝T/2；S_y表示二值块垂直方向上的大小，设定其值范围，并将其初始化为1，这样可知每个个体是维度大小为S_y×S_x的一维向量；

2)种群初始化：选择适当的种群大小，并随机初始化；

3)适应度评价：优化的目标是为了得到最接近正弦图案的二值离焦图案，故可选用式(2)作为适应度函数，从而区分群体中个体的好坏；

4)选择：选择操作是用来从父代群体中选取优良的个体，以便遗传到下一代；

5)交叉：用父母的染色体按照一定的方法互相交换部分基因，从而产生两个新的子代；

6)变异：对子代染色体中的某些基因用其他基因来替换；

7)产生新一代种群：判断迭代次数超过阈值或者适应度函数的改变是否小于阈值，是则停止迭代得到该S_y×S_x的最优二值块，否则返回步骤(3)，直到最优解产生；

8)个体维度改变：判断S_y是否小于其范围最大值，如果没有则将S_y的值加1，并返回到步骤(1)；

9)最优二值块选择：在得到的不同维度的S_y×S_x二值块后，选择使式(2)最小的二值块，即最终的最优二值块；

10)二值块拼接：根据正弦条纹的周期性和对称性将得到的最优二值块拼接成一幅完整的条纹图案。

5.根据权利要求4所述的基于频域优化的的二值离焦编码结构光方法，其特征在于，所述的步骤4)中采用随机竞争选择方法，即每次按照轮盘赌选择两个个体，然后让这两个个体进行竞争，适应度高的被选中。

6.根据权利要求4所述的基于频域优化的的二值离焦编码结构光方法，其特征在于，所述的步骤5)中采用单点交叉方式，即随机设置两个交叉点交换父母的二进制值来产生新个体。

7.根据权利要求4所述的基于频域优化的的二值离焦编码结构光方法，其特征在于，所述的步骤6)中，对子代个体采用基本位变异，即对子代的二进制编码以一定的变异概率随机位置变异。