[发明专利]一种带旋转的边缘模板匹配方法

说明书

本发明公开一种带旋转的边缘模板匹配方法，步骤为：1)对模板图像和目标图像分别进行金字塔分层；2)设置各层的旋转步长，依据对应的旋转步长，对模板图像的金字塔各特征层进行旋转，得到旋转图像集M_if；3)提取M_if中每张图像的幅度信息和近似方向信息；4)提取目标图像的每个金字塔特征层图像的幅度信息和近似方向信息；5)从目标图像最顶层金字塔特征层开始，计算该层的相似度，得到粗匹配信息；次顶层金字塔层的搜索范围根据最顶层金字塔的粗匹配信息设置，得到新的匹配信息；以此类推，直至传递到最底层金字塔，并将最底层的匹配信息记为最终的匹配点坐标和角度值；本方法有效提高了匹配定位的实时性。

技术领域

本发明涉及图像定位识别技术领域，具体涉及一种带旋转的边缘模板匹配方法。

背景技术

模板匹配是根据模板图像到另一幅图像中寻找与模板图像相似的子图像的过程；在实际应用中，由于目标图像中的物体会产生不同角度的旋转，导致模板图像和目标图像不能完全吻合，为了处理带旋转的模板匹配问题，现阶段常用的处理方法是，逐角度生成一系列模板图像集，然后在模板匹配时，分别使用模板图像集中的每个图像对目标图像进行匹配，这种方法需要使用固定步长的多个模板进行匹配，再逐一比较，过程繁琐，耗时较长，大大限制了模板匹配技术的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种带旋转的边缘模板匹配方法，该方法能够在目标图像发生位移、旋转、部分遮挡和光照非线性变化的情况下实现快速稳定的匹配定位，输出模板图像在目标图像中的位置坐标和旋转角度，有效提高了匹配定位的实时性。

一种带旋转的边缘模板匹配方法，包括如下步骤：

1)根据图像特征的复杂程度，设置图像金字塔层数，对模板图像和目标图像分别进行图像金字塔分层；

2)设置各层的旋转步长angleStep_i，i表示第i个金字塔分层；其中，最底层的金字塔特征层旋转步长取值最小，其他层angleStep_i＝i×h，h表示比例系数，h＝5～20；

依据对应的旋转步长，对模板图像的金字塔各特征层进行旋转；将旋转后的多个角度模板图像金字塔特征层，记为该特征层的旋转图像集M_if，f表示第i层中旋转图像个数，f＝0，1，2……ceil((360°/angleStep_i)-1)；ceil表示向上取整函数；

3)提取旋转图像集M_if中每张图像的边缘梯度信息，所述边缘梯度信息包括幅度信息和方向信息除去最底层的金字塔特征层，在其他金字塔特征层的每个边缘点处，对方向信息进行如下处理，得到近似方向信息

其中，(x_j,y_j)表示模板图像中第j个边缘点坐标，j＝1,2……k，k为第i个金字塔特征层的边缘点总数；round表示四舍五入函数；

4)采用步骤3)中相同方法提取目标图像的每个金字塔特征层图像的边缘梯度信息，即各边缘点的幅度信息和近似方向信息G^S_i(x,y)'，其中，(x,y)表示目标图像中边缘点坐标；

5)从目标图像最顶层金字塔特征层开始，搜索范围设置为整幅图像，在搜索范围内计算该层的相似度，得到粗匹配信息；目标图像次顶层金字塔特征层的搜索范围根据最顶层金字塔的粗匹配信息进行设置，得到新的匹配信息；以此类推，下一层金字塔特征层的搜索范围根据上一层的匹配信息进行设置，直至传递到最底层金字塔特征层，并将最底层的匹配信息记为最终的匹配点坐标和角度值。

进一步，当图像分辨率满足要求时，可以设置最底层的金字塔特征层旋转步长≤2°。