實(shí)時(shí)模板匹配算法簡介
V ersion1.0 2009.11.10
一．基于 OpenCV 開發(fā)
OpenCV 是 Intel公司資助的開源計(jì)算機(jī)視覺庫，由一系列 C 函數(shù)和少量 C++類構(gòu)成，
實(shí)現(xiàn)了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺方面的很多通用算法。OpenCV 擁有包括 300 多個(gè) C函數(shù)的跨平臺的中、高層 API，
對非商業(yè)應(yīng)用和研究領(lǐng)域應(yīng)用都是免費(fèi)（FREE）的。
本套機(jī)器視覺模板匹配算法以 OpenCV 提供的開源圖像處理庫為基礎(chǔ)，
利用其成熟可靠的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和基本處理算法，通過理論研究與算法優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際應(yīng)
用而開發(fā)出的產(chǎn)品。
目前，模板匹配算法方面主要有兩類：基于灰度相關(guān)的匹配算法和基于幾何特征的模板匹配算法。
二．灰度相關(guān)的匹配算法
基于灰度相關(guān)的匹配算法以圖像灰度值直接作為匹配信息。算法簡單、穩(wěn)定，
要求目標(biāo)與背景有明顯對比度，對匹配目標(biāo)內(nèi)容沒有要求，輪廓清晰度要求不高。
缺點(diǎn)是對光照要求比較嚴(yán)格，當(dāng)外界光照變化比較大時(shí)，會產(chǎn)生匹配偏差，影響
匹配結(jié)果。
本軟件包產(chǎn)品開發(fā)出的基于灰度相關(guān)的匹配算法性能如下：
1. 精度：0.05 像素 （亞像素級別）
2. 角度：不帶旋轉(zhuǎn)功能
3. 處理時(shí)間：
單目標(biāo)搜索——對于目標(biāo)圖像大小為 640×480 像素的圖像，模板大小為 100
×100 像素，CPU 雙核 1.6G 的條件下，處理時(shí)間小于 4ms （搜索單個(gè)目標(biāo)）。
多目標(biāo)搜索——目標(biāo)圖像大小為 640×480，模板大小為 66×78，CPU 雙核
1.6G 的條件下，處理時(shí)間小于 6.5ms（搜索目標(biāo)為 11 個(gè)）。
以下是調(diào)用本軟件動(dòng)態(tài)鏈接庫編寫的一個(gè) Demo 程序進(jìn)行匹配的結(jié)果。
三．基于幾何特征的匹配算法
基于幾何特征的模板匹配算法對于光照的影響不是很敏感，且可以有效地處
理遮擋問題，對于非剛性變形（伸縮、旋轉(zhuǎn)等）也可以得到滿意的效果。算法首
先提取出模板的特征信息，如邊緣、角點(diǎn)、模板重心……。并對特征進(jìn)行訓(xùn)練，
通過訓(xùn)練后得到的特征對目標(biāo)圖像進(jìn)行特定搜索匹配。基于幾何特征的模板匹配
方法具有魯棒性好、抗干擾性強(qiáng)；對于復(fù)雜情況如遮擋和部分隱藏的情況也可以
得到預(yù)想的匹配效果；而且可以很好的處理旋轉(zhuǎn)、伸縮變形、微小畸變的情況。
本軟件開發(fā)包幾何模板匹配功能：
1、魯棒性：可處理遮擋、光照不均勻、明暗變化等情況
2、旋轉(zhuǎn)：搜索角度范圍為：0.0～360.0o 任意角度
3、匹配精度：位置精度為 0.05 像素，角度精度為 0.01 度
4、匹配耗時(shí)：全角度搜索小于 30ms （圖像大小 640×480，模板大小 160×180，
CPU：雙核 1.6G）；搜索角度 60 度以內(nèi)，匹配耗時(shí)小于 15ms；搜索角度 30 度以
內(nèi)，匹配耗時(shí)小于 10ms。
