一种快速旋转模板匹配方法、系统及介质与流程

本发明属于模板匹配领域，尤其涉及一种快速旋转模板匹配方法、系统及介质。

背景技术：

1、模板匹配指的是比较模板图像与待匹配图像，通过计算模板图像与待匹配图像中目标的相似度找到待匹配图像上与模板图像相似的部分，实现目标识别和定位的过程。旋转模板匹配是指待匹配图像中的对象相较于模板图像存在旋转，匹配结果除了目标的位置之外还包括目标相较于模板的旋转角度。传统的旋转模板匹配方法耗时较长，限制了其在工业场景中的应用。

2、专利文献cn110210565b公开了一种归一化互相关图像模板匹配实现方法，杨跞等人提出对模板图像和待匹配图像通过降采样建立图像金字塔，先在待匹配图像的顶层金字塔图像上进行遍历搜索，得到所有相似度大于设定阈值的候选匹配，具体过程为：按照预设角度，将模板图像的顶层金字塔图像进行旋转，得到旋转后的模板图像，并计算该旋转后的模板图像与待匹配图像的相似度。将候选匹配进行筛选，每个匹配位置保留相似度最高的匹配结果。将筛选后的匹配结果映射至金字塔下一层，在映射位置的邻域进行局部匹配，得到在各局部区域相似度最大且大于设定阈值的新候选匹配；重复上述操作，直至在金字塔底层完成匹配，得到最终的匹配结果。但是，杨跞等人建立图像金字塔时根据模板图像的长、宽以及像素值方差确定金字塔的层数，由此方法建立的图像金字塔层数偏低；除此之外，他在金字塔每一层旋转模板匹配时的角度步长相同，限制了匹配速度。

3、专利文献cn117115487b公开了一种模板匹配方法、模板匹配系统及存储介质，吕研嘉等人也采用了与杨跞等人相同的方法对模板图像和待匹配图像通过降采样建立图像金字塔，在待匹配图像的顶层金字塔图像上完成遍历搜索后，根据顶层的第一角度步长确定在下一层金字塔图像上局部匹配时的第二角度步长，得到在这一层金字塔图像上的候选匹配，以此类推得到最终的匹配结果。但是，吕研嘉等人在中间金字塔层级旋转模板匹配时的第二角度步长过小，对匹配速度的提升有限。

4、专利文献cn111738320b公开了一种基于模板匹配的遮挡工件识别方法，刘振宇等人提出先用原始模板图像对待匹配图像进行搜索，如果计算得到的相似度较低，则将模板图像按10°的增量旋转至360°，并依次次计算每个角度的模板图像与待匹配图像的相似度，根据相似度判断是否匹配。但是，刘振宇等人在搜索过程中对模板图像进行旋转，增加了匹配环节中的无用耗时；此外，由于没有使用图像金字塔，当模板图像和待匹配图像较大时匹配速度很慢；10°的角度步长偏大，使其难以保证匹配精度。

5、因此本发明为了解决上述问题，提供了一种快速旋转模板匹配方法、系统及介质，在保证匹配精度的同时提高了匹配速度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种快速旋转模板匹配方法、系统及介质。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种快速旋转模板匹配方法，包括：

4、构建模板图像的最大层数的图像金字塔，所述最大层数为满足预设参数下最小分辨率对应的层数；

5、根据模板图像的图像金字塔顶层图像旋转匹配待匹配图像的图像金字塔同层图像，选取满足相似度阈值且相似度最高的匹配角作为第一候选匹配角；

6、采集第一候选匹配角，分别将第一候选匹配角及其180度差值角作为两个角度区间中心，以次顶层对应角度步长的四倍作为两个角度区间跨度，并将两个角度区间的集合作为待匹配图像的图像金字塔次顶层图像的次顶层角度区间，从而搜索得到第二候选匹配角；

7、逐层向下搜索待匹配图像的图像金字塔，将上一层的候选匹配角作为当前层的非次顶层角度区间中心，以当前层对应角度步长的两倍作为当前层的非次顶层角度区间跨度，直至得到待匹配图像的图像金字塔底层图像所有位置对应的候选匹配角。

8、进一步地，最大层数判断方法包括：获取原始模板图像的分辨率信息，判断对应图像金字塔各层分辨率中能够满足预设参数的最小分辨率，并以最小分辨率对应的层数作为最大层数。

9、进一步地，旋转匹配包括：按照预设角度范围和层级对应角度步长逐步旋转模板图像的图像金字塔顶层图像，并对待匹配图像的图像金字塔同层图像进行遍历搜索。

10、进一步地，层级对应角度步长计算方法包括：设定图像金字塔底层对应角度步长，各层级对应角度步长从图像金字塔底层开始向上逐层增加，以得到各层级对应角度步长。

11、进一步地，各层级对应角度步长从图像金字塔底层开始向上逐层增加具体为：金字塔当前层对应角度步长为下一层对应角度步长的两倍。

12、进一步地，搜索得到第二候选匹配角包括：按照次顶层角度区间和次顶层对应角度步长逐步旋转模板图像的图像金字塔次顶层图像，并对待匹配图像的图像金字塔同层图像进行搜索。

13、进一步地，逐层向下搜索待匹配图像的图像金字塔包括：按照当前层的非次顶层角度区间和当前层对应角度步长逐步旋转模板图像的图像金字塔次顶层图像，并对待匹配图像的图像金字塔同层图像进行搜索。

14、进一步地，待匹配图像的图像金字塔层数与模板图像的图像金字塔相同。

15、本发明还提供一种快速旋转模板匹配系统，包括：

16、金字塔构建模块，用于构建模板图像的最大层数的图像金字塔，所述最大层数为满足预设参数下最小分辨率对应的层数；

17、第一匹配模块，用于根据模板图像的图像金字塔顶层图像旋转匹配待匹配图像的图像金字塔同层图像，选取满足相似度阈值且相似度最高的匹配角作为第一候选匹配角；

18、第二匹配模块，用于采集第一候选匹配角，分别将第一候选匹配角及其180度差值角作为两个角度区间中心，以次顶层对应角度步长的四倍作为两个角度区间跨度，并将两个角度区间的集合作为待匹配图像的图像金字塔次顶层图像的次顶层角度区间，从而搜索得到第二候选匹配角；

19、第三匹配模块，用于逐层向下搜索待匹配图像的图像金字塔，将上一层的候选匹配角作为当前层的非次顶层角度区间中心，以当前层对应角度步长的两倍作为当前层的非次顶层角度区间跨度，直至得到待匹配图像的图像金字塔底层图像所有位置对应的候选匹配角。

20、本发明还提供一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述匹配方法。

21、本发明的有益效果是：

22、（1）本发明通过获取原始模板图像的分辨率信息，来判断得到最大金字塔层数，相对于现有技术能够建立更高的图像金字塔，除此之外，层数越高对应层的角度步长越大，随着层数增长对应角度步长成倍增加，不仅使得最高层的旋转匹配次数有效减少，同时使得金字塔所有层的旋转匹配次数之和也同步减少，且由于金字塔高层图像分辨率的降低，单次旋转匹配的单位时间也会同步减少，从而共同实现了更快的匹配速度。

23、（2）本发明通过第一候选匹配角与第二候选匹配角的获取，并结合预定差值角邻域，能够有效避免由于降采样出现的异常变化，在金字塔层数提高匹配速度的同时保证匹配的准确性，最终实现鲁棒且快速的旋转模板匹配。

24、（3）本发明在获取第二候选匹配角的过程中，通过结合金字塔顶层的第一候选匹配角与顶层对应角度步长形成了第一候选匹配角邻域以及预定差值角邻域，扩大了角度区间范围，进一步保证了匹配的准确性。

技术特征：

1.一种快速旋转模板匹配方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种快速旋转模板匹配方法，其特征在于，最大层数判断方法包括：获取原始模板图像的分辨率信息，判断对应图像金字塔各层分辨率中能够满足预设参数的最小分辨率，并以最小分辨率对应的层数作为最大层数。

3.根据权利要求1所述的一种快速旋转模板匹配方法，其特征在于，旋转匹配包括：按照预设角度范围和层级对应角度步长逐步旋转模板图像的图像金字塔顶层图像，并对待匹配图像的图像金字塔同层图像进行遍历搜索。

4.根据权利要求3所述的一种快速旋转模板匹配方法，其特征在于，层级对应角度步长计算方法包括：设定图像金字塔底层对应角度步长，各层级对应角度步长从图像金字塔底层开始向上逐层增加，以得到各层级对应角度步长。

5.根据权利要求4所述的一种快速旋转模板匹配方法，其特征在于，各层级对应角度步长从图像金字塔底层开始向上逐层增加具体为：金字塔当前层对应角度步长为下一层对应角度步长的两倍。

6.根据权利要求5所述的一种快速旋转模板匹配方法，其特征在于，搜索得到第二候选匹配角包括：按照次顶层角度区间和次顶层对应角度步长逐步旋转模板图像的图像金字塔次顶层图像，并对待匹配图像的图像金字塔同层图像进行搜索。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种快速旋转模板匹配方法，其特征在于，逐层向下搜索待匹配图像的图像金字塔包括：按照当前层的非次顶层角度区间和当前层对应角度步长逐步旋转模板图像的图像金字塔次顶层图像，并对待匹配图像的图像金字塔同层图像进行搜索。

8.根据权利要求7所述的一种快速旋转模板匹配方法，其特征在于，待匹配图像的图像金字塔层数与模板图像的图像金字塔相同。

9.一种快速旋转模板匹配系统，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述的匹配方法。

技术总结
本发明公开了一种快速旋转模板匹配方法、系统及介质，匹配方法包括：构建模板图像的最大层数的图像金字塔，所述最大层数为满足预设参数下最小分辨率对应的层数；根据模板图像的图像金字塔顶层图像旋转匹配待匹配图像的图像金字塔同层图像，遍历搜索得到第一候选匹配角；确定第一候选匹配角及其180度差值角对应邻域的角度区间集合，得到第二候选匹配角；逐层向下搜索待匹配图像的图像金字塔，直至得到目标匹配角。本发明相对于现有技术能够建立更高的图像金字塔，同时减少了旋转匹配次数，共同实现了更快的匹配速度；能够有效避免由于降采样出现的异常变化，在金字塔层数提高匹配速度的同时保证匹配的准确性，最终实现鲁棒且快速的旋转模板匹配。

技术研发人员：龚子轩,殷亚祥,曹桂平,董宁
受保护的技术使用者：合肥埃科光电科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23