一種優(yōu)化的快速模板的匹配算法及應(yīng)用介紹
?。?)式右邊的第三項(xiàng)表示模板的總能量,是一個常數(shù),與(i,j)無關(guān)。第一項(xiàng)是模板覆蓋下那塊子圖像的能量,它隨(i,j)位置而緩慢改變。第二項(xiàng)是子圖像和模板的互相關(guān)函數(shù),隨(i,j)變化而迅速改變。模板T和子圖Si,j匹配時這一項(xiàng)的值最大,因此可用下列相關(guān)函數(shù)來反應(yīng)匹配程度:本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/166613.htm
或者歸一化為:
2 建立數(shù)學(xué)模型
2.1計(jì)算公式
模板匹配算法計(jì)算模板和匹配區(qū)域的相似程度,以最相似位置為匹配點(diǎn)。由于模板需要在匹配區(qū)域上逐次匹配,運(yùn)算量很大。所以選擇匹配公式對整個匹配的效率有極大的影響。
工控機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力有限,需要針對紅外熱成像跟蹤技術(shù)的特點(diǎn)來簡化數(shù)學(xué)模型,選定計(jì)算量最小的計(jì)算公式。目標(biāo)跟蹤算法用來確定目標(biāo)位置,可以用匹配誤差的相對大小作為目標(biāo)判別的依據(jù),誤差最小的位置就是目標(biāo)位置,需要考慮絕對相似程度。
公式(1)~(5)都能夠真實(shí)反應(yīng)模板的相對匹配程度,選擇計(jì)算量最小、效率最高的公式(1)作為原始數(shù)學(xué)模型。匹配點(diǎn)位置算法完成整個匹配區(qū)域內(nèi)的小匹配誤差點(diǎn)檢索,表示為公式(6):
變量K、L為匹配區(qū)域尺寸;M、N為模板尺寸。
2.2 模板尺寸
模板尺寸對系統(tǒng)性能和計(jì)算量的影響不容小覷。模板過大導(dǎo)致動態(tài)特性變差;過小又會減少目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)量,降低匹配的敏感程度,增大目標(biāo)檢測難度。實(shí)際操作中,模板尺寸設(shè)置為32×16時的效果非常理想。
2.3 匹配區(qū)域
不同的應(yīng)用環(huán)境下,對匹配區(qū)域和實(shí)時性要求也不盡相同。光電探測設(shè)備需要在視頻圖像采集周期內(nèi)(20ms)完成數(shù)據(jù)實(shí)時處理。由于目標(biāo)在兩場視頻圖像之間的移動量較小、特征變化不大,匹配區(qū)域可以大大縮小。
匹配區(qū)域太小會導(dǎo)致目標(biāo)動態(tài)特性變差,過大又會導(dǎo)致計(jì)算量大幅度增加,具體選擇需要權(quán)衡設(shè)備參數(shù)來決定。由于CCIR制式視頻信號是隔行掃描,系統(tǒng)出于實(shí)時性考慮,數(shù)據(jù)以場為單位處理,導(dǎo)致圖像比例為2:1狀態(tài)。為了保持水平、垂直方向的動態(tài)特性一致,圖像匹配區(qū)域也按2:1比例選擇。
在滿足實(shí)時性要求的情況下,選擇相對較大的匹配范圍,可提高設(shè)備的動態(tài)特性,從表1實(shí)測數(shù)據(jù)可以看出,選擇匹配區(qū)域100×50點(diǎn)、模板32×16點(diǎn)時,動態(tài)范圍為69×35,時間消耗為13ms。光電探測設(shè)備系統(tǒng)目標(biāo)動態(tài)特性要求處理區(qū)域不小于40×20點(diǎn)??梢娨陨线x擇可以很好地滿足動態(tài)特性和實(shí)時性要求。
表1 匹配區(qū)域與完全優(yōu)化處理時間對比表
*數(shù)據(jù)測試平臺為:PIII933CPU、256MB內(nèi)存、Win2000操作系統(tǒng)
**數(shù)據(jù)是在加入算法優(yōu)化、模板尺寸為32×16的情況下獲取的。
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