一种双目视觉探测系统结构优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双目视觉探测系统结构优化方法，包括以下步骤：建立双目探测系统性能分析模型；分析系统结构对测量精度的影响；指标参数影响分析；结构参数优化；仿真分析，建立双目系统精度分析结构模型，得到了双目结构的结构参数与系统指标参数的关系，而后分别对双目系统指标参数单变量数值分析，确定了各结构参数对指标参数的影响，最后在符合实际工业要求且保证有效视场与分辨率情况下通过设置优化目标函数，应用改进粒子群优化算法，得到了双目结构参量的最优解，通过这一方法，解决了原始的由人工经验设计的双目系统结构所造成的结构不确定性，使得双目系统结构的设计有据可依，提高了双目探测系统的测量精度。

A structure optimization method of binocular vision detection system

【技术实现步骤摘要】
一种双目视觉探测系统结构优化方法
本专利技术属于双目视觉探测系统
，尤其涉及一种双目视觉探测系统结构优化方法。
技术介绍
目视觉探测系统是一种复杂的机械系统，探测系统结构参数对双目系统性能的影响较大。描述双目系统性能的指标主要有有效视场、分辨率、探测精度，描述双目系统性能的指标主要有有效视场、分辨率、探测精度，其影响参数包括双目系统基线距离B，基线与光轴夹角α和相机焦距f，且各参数之间的耦合性较强，加大了高精度、大视场、高分辨率双目探测系统的设计难度，随着科学技术的发展，双目探测已经成为一种主要的技术手段应用于非合作目标在轨捕获，太空垃圾清除，轨迹规划等热点任务，由于太空目标探测距离较远，受外界因素影响较大，因此提高双目探测系统的测量精度具有重要意义。在结构优化智能算法方面，PengDM,FairfieldCA.提出了一种有限元分析方法与遗传算法相结合的结构优化算法，对拱桥结构进行优化。AlbuquerqueATD，DebsMKE,MeloAMC.将需要优化的设计变量离散化，应用混合遗传算法对离散变量进行分析。XiaoRB,TaoZW提出了交互式搜索算法(ISA)，对设计的两种不同的搜索方案进行设计，提高了算法的竞争力。XiaoRB,TaoZW鲸鱼优化算法(WOA)与微分进化(de)相结合的算法，提高收敛速度，避免局部最优。JavaidS,AliI,MushtaqN对乌鸦搜索算法提供了自由飞行约束，和个人上限策略，从而消除了不必要的结构分析。YasharDA,WojtusiakJ提出了一种新的基于整数置换的遗传算法(IPGA)在适配度分配阶段采用约束控制排序技术来处理可制造性约束。KhoshnoudianF,TalaeiS,FallahianM提出了基于表面等离子体共振粒子群优化(SPR-PSO)的启发式算法针对不同调制方式设计了不同的适应度函数。SeifiH，RezaeeJavanA采用过渡段法和双向进化结构优化(BESO)法，寻求提高结构性能和设计效率，使得定制的结构节点能够快速精确地制造。Ho-HuuV,Duong-GiaD用多目标进化优化算法对多目标设计优化问题求解并采用可靠性分析方法并对解集可靠性进行评价。WangS,WangM,XinGU采用响应面优化方法对折流板进行了多目标结构优化。JingZ,ChenJ,Li采用遗传算法(GA)求解约束优化问题，有较高的准确性和鲁棒性。WangC,YuT,ShaoG将扩展等几何分析(XIGA)和混沌粒子群优化算法相结合，提出了一种可有效摆脱局部最优的新方法。但是以上分析方法中还有两个问题没有解决，那就是多参数结构误差模型建立问题，以及如何对强耦合参数进行优化问题，这些方法在解决多参数、强耦合、非线性优化问题时易陷入早熟以及局部最优的情况，导致最终结构优化的精度较低。于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提供双目视觉探测系统结构优化方法，以期达到更具有更加实用价值性的目的。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种双目视觉探测系统结构优化方法，以解决现有的双目探测系统在解决多参数、强耦合、非线性优化问题时易陷入早熟以及局部最优的问题。本专利技术一种双目视觉探测系统结构优化方法的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：一种双目视觉探测系统结构优化方法，包括以下步骤：S1、建立双目探测系统性能分析模型：评价双目探测系统的主要性能指标有有效视场R，水平分辨率Δx，竖直分辨率Δy，系统探测精度Δ，针对这些性能指标，分别建立双目探测系统各性能分析模型；S2、分析系统结构对测量精度的影响：(1)双目探测系统精度分析；(2)分析双目系统有效视场对测量精度的影响；(3)分析双目系统分辨率对测量精度的影响；S3、指标参数影响分析：双目系统结构参数有基线夹角α，基线距B，以及相机焦距f；(1)分析结构参数中基线夹角α对双目系统的指标参数的影响；(2)分析结构参数中基线B对双目系统的指标参数的影响；(3)分析结构参数中相机焦距f对双目系统的指标参数的影响；S4、结构参数优化：在基本粒子群算法的基础上进行改进，应用改进粒子群算法(IEPSO)对结构参数进行优化；S5、仿真分析：采用改进粒子群算法(IEPSO)在多组可行解中进行全局寻找最优解，快速、高效的完成双目系统结构配置的最优解；(1)优化目标函数；系统结构由光轴基线夹角α，焦距f，基线距B决定，但焦距f与基线距B对测量精度的影响是一对相互制约参量，他们主要影响测量精度和探测深度，这种相互制约变量的寻优可通过粒子群算法解决，但此粒子群算法的适应度函数必须与此结构参量，以及制约变量有关且至少两项参数相互耦合才可以作为寻优条件，基于以上两点设置了具有代表性的有效视场，系统分辨率，以及双目系统测量精度作为耦合参量，从而达到寻优的目的；(2)优化参数设置；应用改进粒子群优化算法(IEPSO)，得到了双目结构参量的最优解；(3)仿真分析；分别应用遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、改进粒子群算法(IEPSO)得到仿真优化结果，并进行分析；基于以上分析，采用改进粒子群算法(IEPSO)在多组可行解中进行全局寻找最优解，快速、高效的完成双目探测系统的结构参数优化；进行优化前后参数对比，确定应用改进粒子群算法(IEPSO)寻优所得系统结构精度较高。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：建立双目系统精度分析结构模型，得到了双目结构的结构参数与系统指标参数的关系，而后分别对双目系统指标参数单变量数值分析，确定了各结构参数对指标参数的影响，最后在符合实际工业要求且保证有效视场与分辨率情况下通过设置优化目标函数，应用改进粒子群优化算法(IEPSO)，得到了双目结构参量的最优解，在有效视场半径为597.05mm，水平分辨率为2.0738mm，竖直分辨率为0.0960mm的情况下，使得双目探测系统的测量误差达到0.01mm，通过这一方法，解决了原始的由人工经验设计的双目系统结构所造成的结构不确定性，使得双目系统结构的设计有据可依，提高了双目探测系统的测量精度，避免了现有的双目探测系统在解决多参数、强耦合、非线性优化问题时易陷入早熟以及局部最优的问题。附图说明图1是本专利技术双目探测系统性能分析模型图；图2是本专利技术双目系统有效视场示意图；图3是本专利技术双目系统坐标转换示意图；图4是本专利技术基线夹角α对有效视场半径R影响曲线图；图5是本专利技术基线夹角α对水平分辨率Δx影响曲线图；图6是本专利技术基线夹角α对竖直分辨率Δy影响曲线图；图7是本专利技术基线夹角α对测量误差影响分布图；图8是本专利技术基线距B对有效视场半径R影响曲线图；图9是本专利技术基线距B对水平分辨率Δx影响曲线图；图10是本专利技术基线距B对竖直分辨率Δy影响曲线图；图11是本专利技术结构参数B/Z对测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双目视觉探测系统结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、建立双目探测系统性能分析模型：/n评价双目探测系统的主要性能指标有有效视场，水平分辨率，竖直分辨率，系统探测精度，针对这些性能指标，分别建立双目探测系统各性能分析模型；/nS2、分析系统结构对测量精度的影响：/n(1)双目探测系统精度分析；/n(2)分析双目系统有效视场对测量精度的影响；/n(3)分析双目系统分辨率对测量精度的影响；/nS3、指标参数影响分析：/n双目系统结构参数有基线夹角，基线距，以及相机焦距；/n(1)分析结构参数中基线夹α对双目系统的指标参数的影响；/n(2)分析结构参数中基线对双目系统的指标参数的影响；/n(3)分析结构参数中相机焦距对双目系统的指标参数的影响；/nS4、结构参数优化：/n在基本粒子群算法的基础上进行改进，应用改进粒子群算法对结构参数进行优化；/nS5、仿真分析：/n采用改进粒子群算法在多组可行解中进行全局寻找最优解，快速、高效的完成双目系统结构配置的最优解；/n(1)优化目标函数；/n系统结构由光轴基线夹角，焦距，基线距决定，焦距与基线距对测量精度的影响是一对相互制约参量，他们主要影响测量精度和探测深度，通过粒子群算法解决这种相互制约变量的寻优，此粒子群算法的适应度函数必须与此结构参量，以及制约变量有关且至少两项参数相互耦合才可以作为寻优条件，基于以上两点设置了具有代表性的有效视场，系统分辨率，以及双目系统测量精度作为耦合参量，从而达到寻优的目的；/n(2)优化参数设置；/n应用改进粒子群优化算法，得到了双目结构参量的最优解；/n(3)仿真分析；/n分别应用遗传算法、粒子群算法、改进粒子群算法得到仿真优化结果，并进行分析；基于以上分析，采用改进粒子群算法在多组可行解中进行全局寻找最优解，快速、高效的完成双目探测系统的结构参数优化；进行优化前后参数对比，确定应用改进粒子群算法寻优所得系统结构精度较高。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双目视觉探测系统结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立双目探测系统性能分析模型：
评价双目探测系统的主要性能指标有有效视场，水平分辨率，竖直分辨率，系统探测精度，针对这些性能指标，分别建立双目探测系统各性能分析模型；
S2、分析系统结构对测量精度的影响：
(1)双目探测系统精度分析；
(2)分析双目系统有效视场对测量精度的影响；
(3)分析双目系统分辨率对测量精度的影响；
S3、指标参数影响分析：
双目系统结构参数有基线夹角，基线距，以及相机焦距；
(1)分析结构参数中基线夹α对双目系统的指标参数的影响；
(2)分析结构参数中基线对双目系统的指标参数的影响；
(3)分析结构参数中相机焦距对双目系统的指标参数的影响；
S4、结构参数优化：
在基本粒子群算法的基础上进行改进，应用改进粒子群算法对结构参数进行优化；
S5、仿真分析：
采用改进粒子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张刘，宁爽，章家保，孙秋香，张帆，朱杨，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22