[發明專利]空間關系約束的多子區匹配方法

有效

• 申請號: 201310219392.6
• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103337068A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 王岳環;劉暢;吳明強;張利;張天序;陳君靈;周輝
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于數字圖像匹配技術領域，具體涉及一種圖像多子區匹配方法。

背景技術

隨著科學技術尤其是計算機技術的迅速發展，使得直接從圖像中獲取信息的圖像處理技術得到了飛速的發展，圖像匹配是計算機視覺和圖像處理中非常重要的技術之一。

圖像匹配就是在一幅或者多幅未知的圖像中，通過匹配計算尋找和已知的模式相對應的子圖的過程。目前，圖像匹配技術廣泛的應用在軍事、工業、遙感、醫學和機器視覺等各個領域。

在實際的圖像匹配應用中，需要選擇合適大小的模板。但是，在匹配計算中，如果增大模板圖，匹配的計算量會劇烈的增加，導致無法適應實時性要求較高的場合，如果為了減少計算量而減小模板的大小，則會影響匹配的正確率和精度。在對實時性要求較高的應用場合，有的時候不得不為了保證實時性而降低匹配的正確率和精度。

在最近的技術中，也有較多采用了模板匹配的類似方法，比如在明，田等人的《紅外前視對一類特殊建筑目標識別技術研究》（出自《宇航學報》2010年4月第31卷第4期）一文，針對紅外/可見光多模圖像匹配的特點,提出了基于梯度矢量相關系數的計算方法，對于梯度強度相關系數計算方法丟失了梯度方向信息的缺點，該方法使用梯度矢量場來進行匹配，避免了方向信息的丟失，采用大模板匹配的相似性測度，使匹配性能有較大的提高。但是在實時性要求較高的場合，該方法會有所欠缺，無法在較短的計算時間內充分利用模板的重要信息，達到快速計算的效果。

現有的提高匹配速度的方法難以保證較好的匹配性能，要么是匹配的正確率和精度相對于未提速的匹配算法相差較大，要么是對匹配速度提高的穩定性較差，在某些情況下能夠減少較多的計算量，提高較多的匹配速度，但是在某些情況下幾乎不能減少計算量，即提速后的匹配算法和未提速的匹配算法的計算速度基本差不多。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于空間關系約束的多子區匹配方法，其目的在于通過將一個大模板拆分為若干個較小的子模板，每個子模板保持和大模板一樣的位置關系，由此解決在保證匹配正確率和精度的情況下，減少計算量達到提高運算速度的技術問題。

為實現本發明的目的所采取的具體技術方案如下：

（1）選取子區

將屬于大區域中的若干小區域稱作子區，在模板上選取若干個子區，該子區也即作為子模板。

子區選擇的原則一般是選取角點、線特征明顯、具有有別于其他子區或者具有一定區分度的區域，盡量避免重復模式較多的區域。每個子區的大小不宜太小，否則在有尺度或者角度誤差的時候對匹配的精度和正確率會有較大的影響。子區選擇時應注意空間關系約束，各個子區選擇不要相鄰太近，應使這些子區可包含大模板大部分信息，這樣也可以減少誤差，提高匹配精度。

（2）計算子區空間位置關系

子區之間的空間位置關系是通過模板圖計算得來的。計算方法如下：

先以任意一個子區作為基準，以基準子區中的任一點（例如可以用左上角點或者中心點）為坐標原點，通過計算其它子區相應點與該基準子區上的該任一點的距離，得到其它子區的坐標點，從而獲得其他各子區與基準子區的空間位置關系。

由于計算的是各個子區的相對位置關系，子區之間的位置關系是固定的，因此無論選取哪一個子區作為基準，各個子區間的空間位置關系不變，對匹配性能沒有影響。

（3）匹配計算

匹配即指在待匹配的實時圖中，利用基準圖中的子區搜索到相同或最相近的匹配區域。在進行匹配計算時，保持各個子區空間位置關系不變將各子模板同時在待匹配圖像上移動以進行匹配。匹配程度通過相似度來衡量，匹配過程即是計算相似度的過程。

計算相似度的時候，可以采用單獨計算每個子區的相似度值，然后再將每個子區的相似度（置信度）值相加起來，得到一個相似度值之和，該相似度值作為衡量上述多個子區構成的區域的相似程度。

相似度的計算有許多成熟的方法，現在就歸一化互相關法說明如何計算一個子區的相似度值R。

歸一化互相關法(Normal?cross—correlation簡稱NCC)的計算如公式（1）：