基于边缘几何特征的高性能模板匹配算法_吴晓军

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1、第34卷第7期仪器仪表学报Vol.34No.72013年7月ChineseJournalofScientif;%96%96icInstrumentJul．2013*基于边缘几何特征的高性能模板匹配算法1，21吴晓军，邹广华(1．哈尔滨工业大学深圳研究生院深圳518055;2．深圳先进运动控制技术与现代自动化装备重点实验室深圳518055)摘要:基于灰度相关的模板匹配算法在很多情况下难以得到准确的匹配结果，提出一种基于边缘几何特征的高精度模板匹配算法。利用曲面拟合方法获得边缘的梯度方向和亚像素坐标作为匹配信息，采用图像金字塔

2、的搜索策略对算法加速，最后利用最小二乘平差理论得到亚像素级的定位精度和精确的旋转角度信息。实验表明，对于目标旋转、均匀或非均匀变化的光照、部分遮挡的情况下可以得到良好的匹配结果，而且在保证高精度的同时算法可以满足实时性要求，重复定位精度优于商业化软化包MIL8．0的GMF算法。关键词:模板匹配;边缘特征;曲面拟合;最小二乘平差中图分类号:TP391．41文献标识码:A国家标准学科分类代码:510．40Highperformancetemplatematchingalgorithmbasedonedgegeometricfe

3、atures1，21WuXiaojun，ZouGuanghua(1．ShenzhenGraduateSchool，HarbinInstituteofTechnology，Shenzhen518055，China;2．ShenzhenKeyLaboratoryforAdvancedMotionControlandModernAutomationEquipment，Shenzhen518055，China)Abstract:Gray-scalecorrelationbasedtemplatematchingalgorithmc

4、anhardlyobtainaccuratematchingresultsinsomeconditions，afastandhighprecisiontemplatematchingmethodbasedonedgegeometricfeaturesisproposed．Surfacefittingmethodisusedtoobtainthegradientdirectionsandsub-pixelcoordinatesoftheedgepoints，whichareusedasthematchinginformati

5、onincalculatingthesimilaritybetweentemplateandtarget．Inordertosatisfythereal-timerequirement，imagepyramidsearchingstrategyisemployedtoacceleratethealgorithm．Furthermore，theleastsquareadjustmenttheoryisadoptedtocalculatethesub-pixelpositioningprecisionandpreciserot

6、ationangleinformation．Experimentresultsdemonstratethatthealgorithmintroducedinthispapercanobtaingoodmatchingre-sultsinthecaseoftargetrotation，uniformornoon-uniformilluminationdisturbance，partialocclusion，andetc．Moreover，besidesthestability，reliabilityandhighprecis

7、ion，theproposedalgorithmalsocanmeetthereal-timerequirements．TherepeatpositioningprecisionofthealgorithmisbetterthanthatoftheGMFalgorithmofthecom-mercializedmachinevisionpackageofMIL8．0fromMatrox．Keywords:templatematching;edgefeature;surfacefitting;least-squareadju

8、stment［1-3］踪等领域中得到广泛应用。基于灰度相关(gray-scale1引言correlation)的模板匹配算法以图像灰度信息直接进行匹配，原理简单、实现容易，但其抗干扰性差，对于非均模板匹配算法是机器视觉(machinevision)技术重匀变化的光照和部分遮挡问题束手无策。基于几何特征要