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halcon算子模板匹配（一）基于形状的模板匹配

大花爱编程 2024-06-04 10:27:27

简介halcon算子模板匹配（一）基于形状的模板匹配

一、基于形状模板匹配的原理

1.形状模板匹配的原理及实现过程

原理：是基于边缘方向梯度的匹配。该方法是以物体边缘的梯度相关性为匹配标准，提取兴趣区区域内的边缘特征，根据模板的大小和清晰度要求生成多层级的图像金字塔模型，接着再图像金字塔层自上而下逐层搜索模板图像，直至搜索到底层或者确定的匹配结果为止。

优点：形状模板是最常用，最有效，最快速的匹配方法，对很多干扰因素不敏感，如光照和图像灰度发生变化，甚至支持局部边缘缺失杂乱场景，噪声，失焦，轻微变形。

缺点：不适用于旋转和缩放比较大的情况。

实现过程：

1.创建ROI区域，准备模板图像用来创建模板

2.图像预处理，改善图像质量，以便图像效果更好

3.创建模板用于模板匹配

4.获得图像模板的轮廓，用于之后的匹配

5.进行模板匹配，得到图像对应匹配区域的行纵坐标以及角度和匹配分值等信息。

2.形状模板匹配的应用场景

适用于目标轮廓比较清晰的场景。
适用于杂乱场景、遮挡、非线性光照变化、尺寸缩放、失焦和轻微形变的图像，以及多通道图像和多个模板的同步匹配。
适用于纹理简单的图像。

3.形状模板匹配算子及参数介绍

1.确定模板匹配的相关参数 determine_shape_model_params（可以自动获取类似对比度等参数）


 determine_shape_model_params(Template, // 模板 
                              ‘auto’, // 金字塔层数
                              0, // 起始角度
                              rad(360), // 角度范围
                              0.9, // 缩小范围
                              1.1, // 放大范围
                              ‘auto’, // 减少像素的方法
                              ‘use_polarity’, // 极性
                              ‘auto’, // 对比度
                              ‘auto’, // 最小对比度
                              'all', // 需要自动确定的参数
                              ParameterName, // Name of values

2.创建模板 create_shape_model


 create_shape_model(Template , // 模板图像
                    NumLevels, // 金字塔层数
                    AngleStart, // 起始角度
                    AngleExtent, // 角度范围
                    AngleStep, // 角度步长
                    Optimization, // 设置模板优化和模板创建方法
                    Metric, // 匹配方法设置
                    Contrast, // 模板中前景与背景的对比度
                    MinContrast， // 被查找图片的最小对比度
                    ModelID） // 模板ID

3.检测模板的金字塔层是否合理 inspect_shape_model


  inspect_shape_model(Image : // 输入参数，输入图像
                     ModelImages, // 输出参数，输出图像基于金字塔的影像
                     ModelRegions : // 输出参数，输出模型区域
                     NumLevels, // 输入参数，使用的金字塔层数。默认4，范围1~10
                     Contrast : ) // 输入参数，设置对比度。默认30，参考10，20，30，40，60，80，100，120，140，160

4.在图像中搜索模板 find_shape_model

 find_shape_model(Image, // 搜索图像
                  ModelID, // 模板句柄
                  AngleStart, // 搜索时的起始角度
                  AngleExtent, // 搜索时的角度范围，必须与创建模板时的有交集
                  MinScore, // 最小匹配值，输出的匹配的得分Score大于该值
                  NumMatches, // 定义要输出的匹配的最大个数
                  MaxOverlap, // 当找到的目标存在重叠时，且重叠大于该值时选择一个好的输出
                  SubPixel, // 计算精度的设置，五种模式，多选2，3
                  NumLevels, // 搜索时金字塔的层数
                  Greediness, // 贪婪度，搜索启发式，一般都设为0.9，越高速度快,容易出现找不到的情况
                  Row, Column, Angle, Score) // 输出匹配位置的行和列坐标、角度、得分（模板在搜索图像中可见比例的近似测量，如果模板的一半被遮挡，该值就不能超过0.5）

二、形状模板匹配的类型

一般形状匹配模板shape_model、
线性变形匹配模板planar_deformable_model、
局部可变形模板local_deformable_model、
和比例缩放模板Scale_model

三、形状模板匹配的案列及代码

*传入第一张图片做模板
read_image (Image, 'C:/Users/Maxwell/Desktop/模板匹配testimage/1.jpg')
rgb1_to_gray (Image, GrayImage)
dev_open_window (0, 0, 512, 512, 'black', WindowHandle)
dev_display (GrayImage)
dev_set_draw ('margin')
*draw_rectangle2 (WindowHandle, Row1, Column1, Phi, Length1, Length2)
gen_rectangle2 (Rectangle, 2258.64, 893.313, -0.0, 228.375, 179.435)
reduce_domain (GrayImage, Rectangle, ImageReduced)
create_shape_model (ImageReduced, 'auto', rad(0),rad(360), 'auto', 'auto', 'use_polarity', 'auto', 'auto', ModelID)

* Image Acquisition 01: Code generated by Image Acquisition 01
list_files ('C:/Users/Maxwell/Desktop/模板匹配testimage', ['files','follow_links'], ImageFiles)
tuple_regexp_select (ImageFiles, ['\.(tif|tiff|gif|bmp|jpg|jpeg|jp2|png|pcx|pgm|ppm|pbm|xwd|ima|hobj)$','ignore_case'], ImageFiles)
for Index := 0 to |ImageFiles| - 1 by 1
    read_image (Image_t, ImageFiles[Index])
    rgb1_to_gray (Image_t, GrayImage_t)
    find_shape_model (GrayImage_t, ModelID, rad(0), rad(360), 0.1, 1, 0.5, 'least_squares', 0, 0.5, Row, Column, Angle, Score)
    vector_angle_to_rigid (2258.64, 893.313, 0, Row, Column, Angle, HomMat2D)
    dev_set_color ('green')
    dev_set_line_width (3)
    affine_trans_region (Rectangle, RegionAffineTrans, HomMat2D, 'nearest_neighbor')
    dev_display (GrayImage_t)
    dev_display (RegionAffineTrans)
    * Image Acquisition 01: Do something
endfor

创建的模板：