模板匹配技术选择及实现细节

作者 Xiangyu Pu 日期 2017-06-20
模板匹配技术选择及实现细节

实现技术的选择

在自动化生产需要识别生产线上的目标以进行进一步的检测,这时就需要用到模板匹配。模板匹配是通过OpenCV里的matchTemple函数实现的。模板匹配是一项在一幅图像中寻找与另一幅模板图像最匹配(相似)部分的技术。模板匹配是通过在输入图像上滑动图像块(模板)同时比对相似度, 来对模板和输入图像进行匹配的一种方法。这种方法不仅计算量大,且若图像有旋转的话,由于旋转角度未知,需要把图像旋转一定角度取像素和原图标对比,要将360/2^n的倍数都要取到,这样计算量更大,效率更低。所以matchTemple并不适用于角度旋转和尺寸变换的场景。

考虑到工业上目标物轮廓清晰,可以考虑使用轮廓来匹配,matchShapes函数比较轮廓相似度是基于Hu矩来计算的,而Hu矩是归一化中心矩的线性组合,如平移、缩放、旋转都影响较小。

实现细节

代码如下:

#include "opencv2/opencv.hpp"
using namespace cv;
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
//查找模版图像的轮廓
Mat templateImg = imread("test2.jpg", CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
Mat copyImg1 = templateImg.clone();
cvtColor(templateImg, templateImg, CV_BGR2GRAY);
threshold(templateImg, templateImg, 100, 255, CV_THRESH_BINARY);
imshow("thresh1", templateImg);
vector<vector<Point>> contours1;
findContours(templateImg, contours1, CV_RETR_EXTERNAL, CV_CHAIN_APPROX_NONE);//最外层轮廓
drawContours(copyImg1, contours1, -1, Scalar(0, 255, 0), 2, 8);
//查找待测试图像的轮廓
Mat testImg = imread("test1.jpg", CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
Mat copyImg2 = testImg.clone();
cvtColor(testImg, testImg, CV_BGR2GRAY);
threshold(testImg, testImg, 100, 255, CV_THRESH_BINARY);
imshow("thresh2", testImg);
vector<vector<Point>> contours2;
findContours(testImg, contours2, CV_RETR_EXTERNAL, CV_CHAIN_APPROX_NONE);//最外层轮廓
for (int i = 0; i < contours2.size(); i++)//遍历待测试图像的轮廓
{
//返回此轮廓与模版轮廓之间的相似度,a0越小越相似
double a0 = matchShapes(contours1[0], contours2[i], CV_CONTOURS_MATCH_I1, 0);
cout << "模版轮廓与待测试图像轮廓" << i << "的相似度:" << a0 << endl;//输出两个轮廓间的相似度
if (a0<0.08)//如果此轮廓与模版轮廓的相似度小于0.08
{
drawContours(copyImg2, contours2, i, Scalar(0, 255, 0), 2, 8);//则在待测试图像上画出此轮廓
}
imshow("copyImg2", copyImg2);
if (waitKey(0) == 27)//等待按键进行下一个轮廓,ESC则退出
{
cout << "ESC退出" << endl;
break;
}
}
waitKey(0);
return 0;
}

测试结果

  • 原图像:

original_image

  • 测试图像:

test_image

  • 输出图像:

output_image

  • 输出结果:

output

下一步工作

1.进一步研究模板匹配的所有方法并比较

  • 运行效率:时间

  • 匹配的准确度对比

  • 方法使用范围

  • 支撑该方法的论文—从学术引擎和文章中搜索

2.方法的改进

  • 对已有的库函数的参数进行调整,同时证明自己调整参数之后,效果优于原先的函数参数

  • 增加各种数据结构,比如堆栈,来加快代码的运行效率

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