基于機器視覺的模板匹配系統的研究

曹夢柔

摘 要：本文根據工程需要，制作出一套完整的模板匹配系統的開發，從日常生活中與人類息息相關的汽車自動駕駛，到醫學病灶的圖像分析，再到未來的人機智能交互中的人臉識別，圖像計算等，基于機器視覺的模板匹配系統發揮了巨大的作用。本論文使用VC++6.0開發工具進行系統代碼的編寫，最終很好的完成了模板匹配系統的研究，并且在實驗室做了大量實驗進行穩定性和準確性測試，測試結果表明本系統能夠滿足實際工程的需要。

關鍵詞：機器視覺；模板匹配；系統開發

模板匹配是指：在機器識別圖像的過程中，需要把同一傳感器在不同時間和不同成像條件下對同一事物得到的兩幅或幾幅事物的圖片在空間上對準，或者根據已知圖像到另一幅圖像中尋找相應的模式。此過程可以進行圖像的特點性質分析，如果利用在不同時間對同一景物拍攝的兩幅圖片，經過系統處理后，找出其中特征有了變化的像素點，就可以分析圖像中哪些部分發生了變化，而利用放在一定距離處的兩只工業相機對同一物體拍攝的兩幅圖片，找出相應點后可算出物體離開照相機的距離，即物體的深度信息。

基于圖像特征信息的匹配算法設計：基于圖像特征的匹配算法是根據圖像的特點創造兩幅圖片之間的特征點的空間對應關系，從而求得帶匹配圖片與標準模板圖片間的變換參數，圖像匹配前，最重要是提取圖像中的明顯特征，圖像特征可以是：曲面高點，也可以是圖像中的點，線，面等。

匹配算法的具體步驟如下：

（1） 從模板圖片【圖（1-1）】和待匹配圖片【圖（1-2）】中提取它們共有的顯著特征；（2） 匹配從兩幅圖片中提取的相似特征點；（3） 根據匹配特征計算幾何變換參數；（4） 圖像二次采樣，即根據第（3）步中計算出的幾何變換參數，對即將要匹配的的圖像進行重新采樣，從而使得待匹配圖像【圖（1-2）】和模板圖像【圖（1-1）】實現空間位置上的一一對應；

基于圖像特征信息的匹配算法，經常被用于兩幅待配準圖片相關性不是很大的場景，這種算法不需要對圖像的所有灰度點進行處理，只需要考慮圖像提取出的顯著特征點，因而減小了圖片匹配過程中的計算量，提高了圖像匹配的速度。

從圖1-3可以看出：待檢測圖片和模板圖片進行匹配后，能夠將兩幅圖片的最大相似圖片完美的顯示在軟件系統中，從而能夠提取出兩幅圖片相同的部分。

總結：本系統通過對模板匹配算法的研究分析，研發出了模板匹配軟件系統，并依據本軟件系統對圖像進行測試，最終得以實現，該系統能夠找出兩幅圖像的相同部分，使其避免人工操作。

參考文獻：

[1] 何斌，馬天宇，王運堅，Visual C++數字圖像處理[D] 2002：473～477