[发明专利]一种图像匹配方法

说明书

技术领域

本发明属于图形处理方法，尤其涉及一种图像匹配方法。

背景技术

随着科学技术的发展，图像匹配已成为图像信息处理领域中一项非常重要的技术。现在约40％的机器视觉应用中需要用到图像匹配技术，所涉及的应用领域从工业检测到导弹的地形匹配、光学和雷达的图像跟踪、工业流水线的自动监控、工业仪表的自动监控、资源分析、气象预报、医疗诊断、交通管理、文字识别以及图像检索等。图像匹配研究涉及到了图像采集、图像预处理、图像分割、特征提取等，并且与计算机视觉、多维信号处理和数值计算方法等紧密结合。它也是其它一些图像分析技术，如立体视觉、运动分析、数据融合等的基础：正因为其应用的广泛性，新的应用和新的要求逐步产生，使得匹配算法的研究逐步走向深入，出现了快速、稳定、鲁棒性好的匹配算法。因此，对现有匹配算法展开分析对于实际工程提高图像处理质量和识别精度具有非常重要的意义。

归一化互相关匹配算法通过计算模板和待匹配图像的灰度归一化互相关系数，即互相关值来确定匹配的程度。互相关法可以克服由于图像采集和系统误差带来的灰度畸变和几何畸变(平移变形和旋转)。

传统的灰度归一化互相关系数匹配算法存在匹配时间太长的缺点。其匹配和搜索定位过程，是遍历检测图像上的所有搜索位置，计算每个位置的相关值，相关值最大的位置即匹配位置。匹配时间是两个数值的乘积，一个是搜索范围的像素个数，另一个是计算一个搜索位置相关系数所花费的时间，后者取决于模板图像的大小，即模板图像的像素个数。这个方法的缺点是匹配过程计算量大，需要花费大量时间，模板图像的越大或检测图像搜索范围越大，所需要的时间呈k²l²的倍数增长，k和l分别为模板图像和检测图像的增大倍数。如果搜索范围和模板图像都增大为原来的两倍，匹配时间将是原来的16倍。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种匹配时间更短、计算量更小的图像匹配方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种图像匹配方法，其包括以下步骤：(1)利用图像采集器采集待匹配图像，并从图像处理器中调出模板图像；(2)将待匹配图像和模板图像在宽度和高度方向均缩小一倍；(3)重复步骤(2)，直到匹配图像和模板图像达到指定的尺寸，在缩小的图像上使用灰度归一化互相关匹配获得最佳匹配位置(x，y)；(4)返回到上一级缩小一倍的图像上在(2x-1～2x+1，2y-1～2y+1)范围内的9个搜索位置再进行进一步的匹配，获得新的最佳匹配位置(x，y)；(5)重复步骤(4)，直到返回到第一级图像，即原图像，进行最后的匹配，获得的最佳匹配位置及匹配值。

上述步骤(3)中，灰度归一化互相关匹配是将一定大小的待匹配图像各个像素的灰度矩阵，与模板图像的所有可能窗口的灰度阵列，按预设的相似性度量方法进行搜索比较，并进行互相关值匹配。

互相关值最大时的搜索窗口位置决定模板图像在待匹配图像中的位置归一化互相关系数的计算公式如下式所示，