CN101770582A - 图像匹配系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像匹配系统，应用于计算机。计算机执行该图像匹配系统对待匹配图像及模板图像进行二值化处理后，从待匹配图像及模板图像中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到几何图形，基于几何图形对图像进行匹配，确定目标物体在待匹配图像中的坐标、方向等信息。本发明还提供一种图像匹配方法。利用本发明，可减少图像匹配过程中的计算量，提高图像匹配速度。

Description

图像匹配系统及方法
技术领域
本发明涉及一种图像识别系统及方法，尤其是关于一种图像匹配系统及方法。
背景技术
机器视觉系统是指通过图像摄取装置获取物体的图像，对图像进行处理以获得所需信息用于控制现场设备运动的装置。在机器视觉系统中，对图像中物体进行识别、定位是关键环节之一。目前的图像匹配方法一般是基于图像的像素值，计算量巨大，匹配速度缓慢。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种图像匹配系统，可以提高图像匹配速度。
此外，还有必要提供一种图像匹配方法，可以提高图像匹配速度。
一种图像匹配系统，安装于计算机。该图像匹配系统包括：读取模块、二值化处理模块、几何图形拟合模块、计算模块、匹配模块及输出模块。读取模块用于从数据库中读取待匹配图像及模板图像。二值化处理模块用于对该待匹配图像及模板图像进行二值化处理，将该两幅图像转换为只包括黑白两种颜色的图像，以区分各图像的目标区域与背景区域。几何图形拟合模块用于从该二值化处理后的待匹配图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到待匹配几何图形，以及从所述二值化处理后的模板图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到一个标准几何图形。所述读取模块，还用于每次从该二值化处理后的待匹配图像中读取一个待匹配几何图形。计算模块用于确定该待匹配几何图形中心点的坐标。匹配模块，用于平移该待匹配几何图形使其中心点与所述二值化处理后的模板图像中标准几何图形的中心点重合后，对该待匹配几何图形进行旋转、缩放，使得该待匹配几何图形与所述标准几何图形方向相同、相应顶点之间的距离之和最小。所述计算模块，还用于确定该待匹配几何图形的旋转角度及缩放倍数，并根据所述相应顶点之间的距离之和的最小值计算该待匹配几何图形与所述标准几何图形的相似度。输出模块用于当该二值化处理后的待匹配图像中的所有待匹配几何图形都匹配完毕后，输出匹配结果至显示设备显示。
一种图像匹配方法，运行于计算机。该方法包括：(A)从数据库中读取一幅待匹配图像及一幅模板图像；(B)对该待匹配图像及模板图像进行二值化处理，将该两幅图像转换为只包括黑白两种颜色的图像，以区分各图像的目标区域与背景区域；(C)从该二值化处理后的待匹配图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到几何图形；(D)从所述二值化处理后的模板图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到一个标准几何图形；(E)从该二值化处理后的待匹配图像中读取一个待匹配几何图形；(F)确定该待匹配几何图形中心点的坐标；(G)平移该待匹配几何图形，使得该待匹配几何图形的中心点与所述二值化处理后的模板图像中标准几何图形的中心点重合；(H)对该待匹配几何图形进行旋转、缩放，使得该待匹配几何图形与所述标准几何图形方向相同、相应顶点之间的距离之和最小；(I)确定该待匹配几何图形的旋转角度及缩放倍数，并根据所述相应顶点之间的距离之和的最小值计算该待匹配几何图形与所述标准几何图形的相似度；及(J)判断是否该二值化处理后的待匹配图像中是否还有其它待匹配几何图形未匹配，若有则返回从该二值化处理后的待匹配图像中读取一个待匹配几何图形的步骤，直到所有待匹配几何图形匹配完毕后输出匹配结果至显示设备显示。
相较于现有技术，本发明将图像二值化后，从图像中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到几何图形，基于几何图形对图像进行匹配，减少了匹配过程中的计算量，提高了匹配速度。
附图说明
图1是本发明图像匹配系统较佳实施例的应用环境图。
图2是本发明图像匹配系统较佳实施例的功能模块图。
图3是本发明图像匹配方法较佳实施例的流程图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明图像匹配系统较佳实施例的应用环境图。该图像匹配系统200安装并运行于计算机20。所述计算机20与数据库10及显示设备30相连接。
数据库10用于储存待匹配图像及模板图像。在本实施例中，所述待匹配图像是由图像摄取装置，例如电荷耦合装置(charge coupled device，CCD)拍摄得到的物体的图像。模板图像指的是一幅包括一个目标物体的子图像。
计算机20执行该图像匹配系统200在所述待匹配图像中搜索模板图像中的目标物体，确定目标物体在待匹配图像中的坐标、方向等信息，并储存匹配结果信息至数据库10。
显示设备30用于显示匹配过程及匹配结果信息。
如图2所示，是本发明图像匹配系统200较佳实施例的功能模块图。该图像匹配系统200包括：读取模块210、二值化处理模块220、几何图形拟合模块230、计算模块240、匹配模块250及输出模块260。
读取模块210用于从数据库10中读取待匹配图像及模板图像。
二值化处理模块220用于对该待匹配图像及模板图像进行二值化处理、转换为只包括黑白两种颜色的图像，以区分各图像的目标区域与背景区域。如果读取模块210读取的待匹配图像及模板图像为彩色图像，则二值化处理模块220可以先将彩色图像转换为灰度图像，再将转换的灰度图像进行二值化处理转换为黑白图像。
灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度值来描述的图像，灰度值通常为整数。例如，8位的灰度图像具有256级灰度，灰度值取值范围是0-255。也就是说，用0-255的整数来描述从黑到白的不同等级的灰度，0表示黑色，255表示白色。二值化处理就是设定一个阀值，将灰度图像中灰度值大于或等于阀值的像素取为亮点，取值为1，而灰度值小于阀值的像素取为暗点，取值为0。0表示黑色，1表示白色。
灰度图像的二值化可以根据图像中目标物体的不同而有不同的二值化算法。目前主要的二值化算法有全局阀值法、局部阀值法和动态阀值法。其中最简单的是全局阀值法，就是整个图像采用单一阀值进行图像二值化，比如将阀值设置为0-255的中值127。
几何图形拟合模块230用于从该二值化处理后的待匹配图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到待匹配几何图形。所述待匹配几何图形可以为一个，也可以为多个。几何图形拟合模块230还用于从该二值化处理后的模板图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到一个标准几何图形。
读取模块210还用于每次从该二值化处理后的待匹配图像中读取一个待匹配几何图形。
计算模块240用于确定该待匹配几何图形中心点的坐标。
匹配模块250用于平移该待匹配几何图形使其中心点与所述二值化处理后的模板图像中标准几何图形的中心点重合后，对该待匹配几何图形进行旋转、缩放，使得该待匹配几何图形与所述标准几何图形方向相同、相应顶点之间的距离之和最小。
计算模块240还用于确定该待匹配几何图形的旋转角度及缩放倍数，并根据所述相应顶点之间的距离之和的最小值计算该待匹配几何图形与所述标准几何图形的相似度。
输出模块260用于当该二值化处理后的待匹配图像中的所有待匹配几何图形都匹配完毕后，输出匹配结果至显示设备30显示。所述匹配结果包括每一个待匹配几何图形中心点的坐标、旋转角度、缩放倍数、与所述标准几何图形的相似度及误差值。所述误差值是指的是各待匹配几何图形旋转缩放后，各待匹配几何图形的顶点与所述标准几何图形相应顶点之间的距离之和的最小值。
图3是本发明图像匹配方法较佳实施例的流程图。
步骤S10，读取模块210从数据库10中读取一幅待匹配图像及一幅模板图像。该待匹配图像及模板图像可以为彩色图像，也可以为灰度图像。
步骤S12，二值化处理模块220对上述两幅图像进行二值化处理，将该两幅图像转换为只包括黑白两种颜色的图像，以区分各图像的目标区域与背景区域。例如，黑白图像中的白色部分是目标物体，黑色部分是背景。需要指出的是，如果在步骤S10，读取模块210读取的待匹配图像及模板图像为彩色图像，则在步骤S12，二值化处理模块220将彩色图像转换为灰度图像后再进行二值化处理。
步骤S14，几何图形拟合模块230从该二值化处理后的待匹配图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到待匹配几何图形。所述待匹配几何图形可以为一个，也可以为多个。此外，几何图形拟合模块230从所述二值化处理后的模板图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到一个标准几何图形。
步骤S16，读取模块210从该二值化处理后的待匹配图像中读取一个待匹配几何图形。
步骤S18，计算模块240确定该待匹配几何图形中心点的坐标。
步骤S20，匹配模块250平移该待匹配几何图形，使得该待匹配几何图形的中心点与所述二值化处理后的模板图像中标准几何图形的中心点重合。
步骤S22，匹配模块250对该待匹配几何图形进行旋转、缩放，使得该待匹配几何图形与所述标准几何图形方向相同、相应顶点之间的距离之和最小。
步骤S24，计算模块240确定该待匹配几何图形的旋转角度及缩放倍数。
步骤S26，计算模块240根据所述相应顶点之间的距离之和的最小值计算该待匹配几何图形与所述标准几何图形的相似度。例如，假设该待匹配几何图形有m个顶点，所述标准几何图形有n个顶点，该m个顶点与该n个顶点之间的距离之和的最小值为d，则相似度S＝1.0-d/(m+n)。当该待匹配几何图形与所述标准几何图形差异太大，例如，m不等于n，计算模块240将相似度S置0。
步骤S28，匹配模块250判断该二值化处理后的待匹配图像中是否还有其它待匹配几何图形。如果该二值化处理后的待匹配图像中还有其它待匹配几何图形，则流程返回步骤S16，直到该二值化处理后的待匹配图像中所有待匹配几何图形都匹配完毕后，流程进入步骤S30。
步骤S30，输出模块260输出该二值化处理后的待匹配图像中所有待匹配几何图形的匹配结果至显示设备30。所述匹配结果包括该二值化处理后的待匹配图像中每一个待匹配几何图形中心点的坐标、旋转角度、缩放倍数、与所述二值化处理后的模板图像中标准几何图形的相似度及误差值。所述误差值是指的是旋转缩放后，各待匹配几何图形的顶点与所述标准几何图形相应顶点之间的距离之和的最小值。
需要说明的是，在其它实施例中，所述模板图像也可以是从所述待匹配图像中截取的包括一个目标物体的子图像。另外，用户还可预先设置一个相似度阀值，例如0.5，输出模块260只输出满足该相似度阀值(＞＝0.5)的待匹配几何图形的匹配结果。

Claims (8)

1.一种图像匹配系统，运行于计算机，其特征在于，该系统包括：
读取模块，用于从数据库中读取待匹配图像及模板图像；
二值化处理模块，用于对该待匹配图像及模板图像进行二值化处理，将该两幅图像转换为只包括黑白两种颜色的图像，以区分各图像的目标区域与背景区域；
几何图形拟合模块，用于从该二值化处理后的待匹配图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到待匹配几何图形，以及从所述二值化处理后的模板图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到一个标准几何图形；
所述读取模块，还用于每次从该二值化处理后的待匹配图像中读取一个待匹配几何图形；
计算模块，用于确定该待匹配几何图形中心点的坐标；
匹配模块，用于平移该待匹配几何图形使其中心点与所述二值化处理后的模板图像中标准几何图形的中心点重合后，对该待匹配几何图形进行旋转、缩放，使得该待匹配几何图形与所述标准几何图形方向相同、相应顶点之间的距离之和最小；
所述计算模块，还用于确定该待匹配几何图形的旋转角度及缩放倍数，并根据所述相应顶点之间的距离之和的最小值计算该待匹配几何图形与所述标准几何图形的相似度；及
输出模块，用于当该二值化处理后的待匹配图像中的所有待匹配几何图形都匹配完毕后，输出匹配结果至显示设备显示。
2.如权利要求1所述的图像匹配系统，其特征在于，所述二值化处理模块还用于当待匹配图像及模板图像为彩色图像时，先将彩色图像转换为灰度图像后再进行二值化处理。
3.如权利要求1所述的图像匹配系统，其特征在于，所述匹配结果包括该二值化处理后的待匹配图像中每一个待匹配几何图形中心点的坐标、旋转角度、缩放倍数、与所述二值化处理后的模板图像中标准几何图形的相似度及误差值。
4.如权利要求3所述的图像匹配系统，其特征在于，所述误差值指的是各待匹配几何图形旋转缩放后，各待匹配几何图形的顶点与所述标准几何图形相应顶点之间的距离之和的最小值。
5.一种图像匹配方法，运行于计算机，其特征在于，该方法包括以下步骤：
从数据库中读取一幅待匹配图像及一幅模板图像；
对该待匹配图像及模板图像进行二值化处理，将该两幅图像转换为只包括黑白两种颜色的图像，以区分各图像的目标区域与背景区域；
从该二值化处理后的待匹配图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到几何图形；
从所述二值化处理后的模板图像的目标区域中提取轮廓特征点，根据轮廓特征点拟合得到一个标准几何图形；
从该二值化处理后的待匹配图像中读取一个待匹配几何图形；
确定该待匹配几何图形中心点的坐标；
平移该待匹配几何图形，使得该待匹配几何图形的中心点与所述二值化处理后的模板图像中标准几何图形的中心点重合；
对该待匹配几何图形进行旋转、缩放，使得该待匹配几何图形与所述标准几何图形方向相同、相应顶点之间的距离之和最小；
确定该待匹配几何图形的旋转角度及缩放倍数，并根据所述相应顶点之间的距离之和的最小值计算该待匹配几何图形与所述标准几何图形的相似度；及
判断该二值化处理后的待匹配图像中是否还有其它待匹配几何图形未匹配，若有则返回从该二值化处理后的待匹配图像中读取一个待匹配几何图形的步骤，直到所有待匹配几何图形匹配完毕后输出匹配结果至显示设备显示。
6.如权利要求5所述的图像匹配方法，其特征在于，如果待匹配图像及模板图像为彩色图像，则先将彩色图像转换为灰度图像后再进行二值化处理。
7.如权利要求5所述的图像匹配方法，其特征在于，所述匹配结果包括该二值化处理后的待匹配图像中每一个待匹配几何图形中心点的坐标、旋转角度、缩放倍数、与所述二值化处理后的模板图像中标准几何图形的相似度及误差值。
8.如权利要求7所述的图像匹配方法，其特征在于，所述误差值指的是各待匹配几何图形旋转缩放后，各待匹配几何图形的顶点与所述标准几何图形相应顶点之间的距离之和的最小值。
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