前面主要介紹了匹配的2個主要的算子,對這兩個算子了解后,我們就可以做匹配了。下面是轉自一位前輩的經驗總結,對我們很有幫助。
到這里匹配就結束了,但是我們僅僅完成了初步的工作,后面我們還要對其做一定的變換,完成實際項目的具體應用。
(轉自基于HALCON的模板匹配方法總結--藍云楊的機器視覺之路
藍云楊的機器視覺之路http://www./blog/user1/8/index.html)
Shape-Based matching的基本流程
HALCON提供的基于形狀匹配的算法主要是針對感興趣的小區域來建立模板,對整個圖像建立模板也可以,但這樣除非是對象在整個圖像中所占比例很大,比如像視頻會議中人體上半身這樣的圖像,我在后面的視頻對象跟蹤實驗中就是針對整個圖像的,這往往也是要犧牲匹配速度的,這個后面再講。基本流程是這樣的,如下所示:
1.
首先確定出ROI的矩形區域,這里只需要確定矩形的左上點和右下點的坐標即可,gen_rectangle1()這個函數就會幫助你生成一個矩形,利用area_center()找到這個矩形的中心;
2.
然后需要從圖像中獲取這個矩形區域的圖像,reduce_domain()會得到這個ROI;這之后就可以對這個矩形建立模板,而在建立模板之前,可以先對這個區域進行一些處理,方便以后的建模,比如閾值分割,數學形態學的一些處理等等;
3.
接下來就可以利用create_shape_model()來創建模板了,這個函數有許多參數,其中金字塔的級數由Numlevels指定,值越大則找到物體的時間越少,AngleStart和AngleExtent決定可能的旋轉范圍,AngleStep指定角度范圍搜索的步長;這里需要提醒的是,在任何情況下,模板應適合主內存,搜索時間會縮短。對特別大的模板,用Optimization來減少模板點的數量是很有用的;MinConstrast將模板從圖像的噪聲中分離出來,如果灰度值的波動范圍是10,則MinConstrast應當設為10;Metric參數決定模板識別的條件,如果設為’use_polarity’,則圖像中的物體和模板必須有相同的對比度;創建好模板后,這時還需要監視模板,用inspect_shape_model()來完成,它檢查參數的適用性,還能幫助找到合適的參數;另外,還需要獲得這個模板的輪廓,用于后面的匹配,get_shape_model_contours()則會很容易的幫我們找到模板的輪廓;
4.
創建好模板后,就可以打開另一幅圖像,來進行模板匹配了。這個過程也就是在新圖像中尋找與模板匹配的圖像部分,這部分的工作就由函數find_shape_model()來承擔了,它也擁有許多的參數,這些參數都影響著尋找模板的速度和精度。這個的功能就是在一幅圖中找出最佳匹配的模板,返回一個模板實例的長、寬和旋轉角度。其中參數SubPixel決定是否精確到亞像素級,設為’interpolation’,則會精確到,這個模式不會占用太多時間,若需要更精確,則可設為’least_square’,’lease_square_high’,但這樣會增加額外的時間,因此,這需要在時間和精度上作個折中,需要和實際聯系起來。比較重要的兩個參數是MinSocre和Greediness,前一個用來分析模板的旋轉對稱和它們之間的相似度,值越大,則越相似,后一個是搜索貪婪度,這個值在很大程度上影響著搜索速度,若為0,則為啟發式搜索,很耗時,若為1,則為不安全搜索,但最快。在大多數情況下,在能夠匹配的情況下,盡可能的增大其值。
5.
找到之后,還需要對其進行轉化,使之能夠顯示,這兩個函數vector_angle_to_rigid()和affine_trans_contour_xld()在這里就起這個作用。前一個是從一個點和角度計算一個剛體仿射變換,這個函數從匹配函數的結果中對構造一個剛體仿射變換很有用,把參考圖像變為當前圖像。
基于形狀匹配的參數關系與優化
在HALCON的說明資料里講到了這些參數的作用以及關系,在上面提到的文章中也作了介紹,這里主要是重復說明一下這些參數的作用,再強調一下它們影響匹配速度的程度;
在為了提高速度而設置參數之前,有必要找出那些在所有測試圖像中匹配成功的設置,這時需考慮以下情況:
①
必須保證物體在圖像邊緣處截斷,也就是保證輪廓的清晰,這些可以通過形態學的一些方法來處理;
② 如果Greediness值設的太高,就找不到其中一些可見物體,這時最后將其設為0來執行完全搜索;
③
物體是否有封閉區域,如果要求物體在任何狀態下都能被識別,則應減小MinScore值;
④ 判斷在金字塔最高級上的匹配是否失敗,可以通過find_shape_model()減小NumLevels值來測試;
⑤ 物體是否具有較低的對比度,如果要求物體在任何狀態下都能被識別,則應減小MinContrast值;
⑥ 判斷是否全局地或者局部地轉化對比度極性,如果需要在任何狀態下都能被識別,則應給參數Metric設置一個合適的值;
⑦ 物體是否與物體的其他實例重疊,如果需要在任何狀態下都能識別物體,則應增加MaxOverlap值;
⑧ 判斷是否在相同物體上找到多個匹配值,如果物體幾乎是對稱的,則需要控制旋轉范圍;
如何加快搜索匹配,需要在這些參數中進行合理的搭配,有以下方法可以參考:
① 只要匹配成功,則盡可能增加參數MinScore的值;
② 增加Greediness值直到匹配失敗,同時在需要時減小MinScore值;
③ 如果有可能,在創建模板時使用一個大的NumLevels,即將圖像多分幾個金字塔級;
④ 限定允許的旋轉范圍和大小范圍,在調用find_shape_model()時調整相應的參數;
⑤ 盡量限定搜索ROI的區域;
除上面介紹的以外,在保證能夠匹配的情況下,盡可能的增大Greediness的值,因為在后面的實驗中,用模板匹配進行視頻對象跟蹤的過程中,這個值在很大程度上影響到匹配的速度。
當然這些方法都需要跟實際聯系起來,不同圖像在匹配過程中也會有不同的匹配效果,在具體到某些應用,不同的硬件設施也會對這個匹配算法提出新的要求,所以需要不斷地去嘗試。
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