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​详细剖析模板匹配

新机器视觉  · 公众号  ·  · 2024-12-30 13:37

正文

模板匹配介绍


我们需要2幅图像:

原图像 (I): 在这幅图像里,我们希望找到一块和模板匹配的区域

模板 (T): 将和原图像比照的图像块


  • 模板匹配就是在整个图像区域发现与给定子图像匹配的小块区域。

  • 所以模板匹配首先需要一个模板图像T(给定的子图像)

  • 另外需要一个待检测的图像-源图像S

  • 工作方法,在带检测图像上,从左到右,从上向下计算模板图像与重叠子图像的匹配度,匹配程度越大,两者相同的可能性越大。

模板匹配原理


我们的目标是检测最匹配模板的原图像的区域:


为了确定匹配模板区域, 我们不得不滑动模板图像和原图像进行比较 :


对于 模板(T) 覆盖在 原图像 (I) 上的每个位置,你把度量值保存 到 结果图像矩阵 ( R ) 中. 在 R 中的每个位置 (x,y) 都包含匹配度量值:


上图(右)就是 TM_CCORR_NORMED 方法处理后的结果图像 R . 最白的位置代表最高的匹配. 正如您所见, 黑色框住的位置很可能是结果图像矩阵中的最大数值, 所以这个区域 (以这个点为顶点,长宽和模板图像一样大小的矩阵) 被认为是匹配的.


实际上 , 我们使用函数 minMaxLoc 来定位在矩阵 R 中的最大值点 (或者最小值, 根据函数输入的匹配参数) .

void minMaxLoc(InputArray src, double* minVal, double* maxVal=0, Point* minLoc=0, Point* maxLoc=0, InputArray mask=noArray())
  • src:输入图像。

  • minVal:在矩阵 src中存储的最小值,可输入NULL表示不需要。

  • maxVal :在矩阵 src中存储的最大值,可输入NULL表示不需要。

  • minLoc:在结果矩阵中最小值的坐标,可输入NULL表示不需要,Point类型。

  • maxLoc:在结果矩阵中最大值的坐标,可输入NULL表示不需要,Point类型。

  • mask:可选的掩模


模板匹配介绍 – 匹配算法介绍:

OpenCV中提供了六种常见的匹配算法如下:

  • 计算平方不同 :计算出来的值越小,越相关 TM_SQDIFF = 0

  • 计算相关性:计算出来的值越大,越相关 TM_CCORR = 2

  • 计算相关系数:计算出来的值越大,越相关 TM_CCOEFF = 4

  • 计算归一化平方不同 :计算出来的值越接近0,越相关 TM_SQDIFF_NORMED = 1

  • 计算归一化相关性:计算出来的值越接近1,越相关 TM_CCORR_NORMED = 3

  • 计算归一化相关系数:计算出来的值越接近1,越相关 TM_CCOEFF_NORMED = 5

总结如下:


相关API介绍cv::matchTemplate

matchTemplate(
InputArray image,// 源图像,必须是8-bit或者32-bit浮点数图像
InputArray templ,// 模板图像,类型与输入图像一致
OutputArray result,// 输出结果,必须是单通道32位浮点数,假设源图像WxH,模板图像wxh, 则结果必须为W-w+1, H-h+1的大小。
int method,//使用的匹配方法
InputArray mask=noArray()//(optional)
)



程序代码

#include 
#include 
using namespace std;
using namespace cv;

// 定义一些全局变量, 例如原图像(img), 模板图像(templ) 和结果图像(result) , 
// 还有匹配方法以及窗口名称:
Mat img, templ, result;
char* image_window = "Source Image";
char* result_window = "Result window";

int match_method = TM_SQDIFF;
int max_Trackbar = 5;

void MatchingMethodintvoid* );

int mainint argc, char** argv )
{
 // 1. 载入原图像和模板块
 img = imread("E:/Experiment/OpenCV/Pictures/TargetSearch.jpg");
 templ = imread("E:/Experiment/OpenCV/Pictures/Target.jpg");
 imshow("模板图像",templ);

 // 创建窗口
 namedWindow( image_window, CV_WINDOW_AUTOSIZE );
 namedWindow( result_window, CV_WINDOW_AUTOSIZE );

 // 2. 创建滑动条并输入将被使用的匹配方法. 一旦滑动条发生改变,回调函数 MatchingMethod 就会被调用.
 char* trackbar_label = "模板匹配方式";
 createTrackbar( trackbar_label, image_window, &match_method, max_Trackbar, MatchingMethod );

 MatchingMethod( 00 );

 waitKey(0);
 return 0;
}

void






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