[發(fā)明專利]一種基于少量正樣本融合的模板匹配方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010587584.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN113920049A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李思聰;吳清瀟;王化明;嵇冠群;張正光;朱楓
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06K9/62
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發(fā)明涉及一種基于少量正樣本融合的模板匹配方法。本發(fā)明面向圖像目標識別定位領(lǐng)域，尤其涉及基于模板匹配的目標識別定位方法，通過對少量模板正樣本的融合，當(dāng)目標存在較大遮擋、形變、梯度方向突變時，能夠?qū)δ繕诉M行魯棒的、快速的識別定位。本發(fā)明包括以下四個步驟：1、提取模板圖像中的目標邊緣點集；2、不同模板圖像下目標邊緣點集的配準；3、目標邊緣點的融合；4、基于融合點集的相似度統(tǒng)計。本發(fā)明解決目標存在較大遮擋、形變、梯度方向突變時的模板匹配問題，提高目標識別定位魯棒性；本發(fā)明應(yīng)用于工業(yè)機器視覺識別與定位領(lǐng)域，為工業(yè)生產(chǎn)中零部件的識別與定位提供了解決方法，為實現(xiàn)工業(yè)自動化生產(chǎn)過程提供了感知功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機視覺領(lǐng)域，具體的說涉及基于少量正樣本融合的模板匹配方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)自動化水平的不斷提升，視覺識別與定位技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。面向智能制造的重大需求，機器視覺作為工業(yè)自動化中的“眼睛”為生產(chǎn)過程提供了非接觸式的測量方法和稠密的、可視化的測量數(shù)據(jù)。工業(yè)流水線上同一工位同一生產(chǎn)時段內(nèi)的零部件多數(shù)為形狀重復(fù)擺放各異的同類型樣品，因此機器視覺技術(shù)要能滿足對同一類型樣品在擺放、光照、遮擋等情況下的快速、可靠識別定位，模板匹配是能夠滿足這一需求的識別定位技術(shù)。

模板匹配技術(shù)一般利用一張或多張模板圖像提取能夠描述目標的有限特征，生成目標模板；然后，在識別與定位過程中，在某種度量方法統(tǒng)計下，將模板按照某種遍歷規(guī)則在待檢測圖像中對比查找，匹配高相似度的潛在目標。工業(yè)機器視覺中的模板匹配技術(shù)目的是對特定目標工件實現(xiàn)快速、可靠的識別定位，但在目標存在以下情況：(1)目標邊緣特征存在較大遮擋；(2)目標邊緣特征出現(xiàn)梯度方向突變；(3)目標邊緣特征出現(xiàn)形變，尤其是由于生產(chǎn)工藝導(dǎo)致的有規(guī)律的大幅形變時，現(xiàn)有的模板匹配算法一般很難實現(xiàn)可靠的識別定位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過利用有限數(shù)量的目標正樣本圖像，這些樣本提供了目標存在遮擋、邊緣形變、梯度突變情況下的正確描述，算法首先提取目標邊緣點并獲得梯度信息，將每個樣本的邊緣點集進行位姿配準，通過算法實現(xiàn)點集融合，最終形成能夠涵蓋每個樣本特征的新模板，利用新模板完成匹配過程，從而實現(xiàn)可靠、快速的識別定位。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

一種基于少量正樣本融合的模板匹配方法，包括以下步驟：

1)提取工業(yè)零件模板圖像中的目標邊緣點集；

2)不同工業(yè)零件模板圖像下的目標邊緣點集配準；

3)通過目標邊緣點的合并或分裂，得到合并分裂后的工業(yè)零件模板特征點集；

4)基于合并分裂后的工業(yè)零件模板特征點集進行相似度統(tǒng)計，進行工業(yè)零件模板與檢測圖像匹配。

步驟1)具體為：提取工業(yè)零件圖像模板中多個目標邊緣點坐標，并通過梯度檢測方法計算每個目標邊緣點的梯度幅值與方向，形成目標邊緣點集。

所述梯度檢測方法為：

m＝mag[gx,gy]

θ＝dir[gx,gy]

其中，gx、gy為目標邊緣點坐標使用梯度掩模計算后得到的值，m為根據(jù)數(shù)組索引得到的離散梯度幅值，θ為采用數(shù)組索引得到的離散梯度方向，mag[·]和dir[·]分別為二維數(shù)組，兩個維度變量分別為gx和gy，索引范圍包含gx、gy取得的從最小值到最大值的所有值。

步驟2)具體為：對不同工業(yè)零件模板圖像下的目標邊緣點集進行歐式變換，使得變換后的目標邊緣點集與某一幅工業(yè)零件模板即基準模板圖像下的目標邊緣點的目標姿態(tài)對齊。

所述歐式變換為：