一种快速图像模板匹配方法、系统、设备及存储介质与流程

所属的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。图6是本发明实施例中的一种快速图像模板匹配设备的结构示意图。下面参照图6来描述根据本发明的这种实施方式的电子设备600。图6显示的电子设备600仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图6所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书上述一种快速图像模板匹配方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元610可以执行如图1中所示的步骤。存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)6203。存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网格环境的实现。总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网格适配器660与一个或者多个网格(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网格，例如因特网)通信。网格适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图6中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。本发明实施例中还提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，程序被执行时实现的一种快速图像模板匹配方法的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述一种快速图像模板匹配方法部分中描述的根据本发明各种示例性实施方式的步骤。如上所示，本实施例先确定预选区域，再针对模板匹配算法，对目标图像先进行均值滤波计算，以计算窗口为界，以行为单位进行计算，使得同一行间的数据可以复用，并且当窗口每次移动位置时仅需对新增行和减少行进行计算，通过纯软件的方式，使得对目标图像的识别能够自适应大小，并且大大提高了数据复用率，减少了计算量，提高了计算效率，具有计算快速、硬件适用性好、适用于多种平台的优点。图7是本发明实施例中的计算机可读存储介质的结构示意图。参考图7所示，描述了根据本发明的实施方式的用于实现上述方法的程序产品800，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网格，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。本实施例先确定预选区域，再针对模板匹配算法，对目标图像先进行均值滤波计算，以计算窗口为界，以行为单位进行计算，使得同一行间的数据可以复用，并且当窗口每次移动位置时仅需对新增行和减少行进行计算，通过纯软件的方式，使得对目标图像的识别能够自适应大小，并且大大提高了数据复用率，减少了计算量，提高了计算效率，具有计算快速、硬件适用性好、适用于多种平台的优点。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

背景技术：

1、模板匹配是计算机视觉领域中常用的技术之一，用于在图像中寻找与给定模板最相似的区域。

2、模板匹配的作用有局限性，必须在指定的环境下，才能匹配成功，是受到很多因素的影响，所以有一定的适应性。

3、模板匹配是一种最原始、最基本的模式识别方法，研究某一特定对象物的图案位于图像的什么地方，进而识别对象物，这就是一个匹配问题。它是图像处理中最基本、最常用的匹配方法。模板匹配具有自身的局限性，主要表现在它只能进行平行移动，若原图像中的匹配目标发生旋转或大小变化，该算法无效。

4、模板匹配就是在整个目标图像上发现与给定子图像匹配的小块区域。

5、工作原理：在目标图像上，从左到右，从上向下计算目标图像与重叠子图像的匹配度，匹配程度越大，两者相同的可能性越大。

6、在模板匹配计算过程中，常常需要对目标图像上的不同像素点相关的值进行计算，具有计算量大，耗时长的特点，并且由于每个像素点的值并不相同，难以进行并行计算加快运行速度。

7、以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、为此，本发明先确定预选区域，再针对模板匹配算法，对目标图像先进行均值滤波计算，以计算窗口为界，以行为单位进行计算，使得同一行间的数据可以复用，并且当窗口每次移动位置时仅需对新增行和减少行进行计算，通过纯软件的方式，使得对目标图像的识别能够自适应大小，并且大大提高了数据复用率，减少了计算量，提高了计算效率，具有计算快速、硬件适用性好、适用于多种平台的优点。

2、第一方面，本发明提供一种快速图像模板匹配方法，其特征在于，包括：

3、步骤s1：得到目标图像i，计算子图像z上一方向上的第一梯度变化，并在目标图像i上计算同一方向上的第二梯度变化，并根据所述第一梯度变化与所述第二梯度变化的关系，确定目标图像i的预选区域；

4、步骤s2：对目标图像i做均值滤波计算，得到均值目标图像i_mean；

5、步骤s3:在所述预选区域内设置计算窗口，根据目标图像i的像素值和所述均值目标图像i_mean的值计算矩阵t’中每个坐标的矩阵值，得到每一行的行均值，进而计算得到计算窗口对应的最终值；

6、步骤s4：向上/下移动所述计算窗口的位置，获得新增行m1和减少行m2；

7、步骤s5：计算所述新增行m1的均值，并对所述减少行m1对应的均值进行替换，计算得到所述计算窗口对应的最终值；

8、步骤s6：标记模板匹配结果。

9、可选地，所述的一种快速图像模板匹配方法，其特征在于，步骤s5之后还包括：

10、步骤s51：当所述计算窗口包含所述预选区域的首行或尾行时，移动所述计算窗口的位置至相邻列中相邻像素，并执行步骤s3。

11、可选地，所述的一种快速图像模板匹配方法，其特征在于，步骤s51之后还包括：

12、步骤s52：当所述计算窗口已遍历所述预选区域时，移动所述计算窗口的位置至下一预选区域的首行或尾行，并执行步骤s3。

13、可选地，所述的一种快速图像模板匹配方法，其特征在于，在步骤s1中，方向为子图像上梯度变化最大的方向。

14、可选地，所述的一种快速图像模板匹配方法，其特征在于，在步骤s1中，根据所述第一梯度变化和所述第二梯度变化确定比例关系时，以至少三个像素点的梯度变化速度是否成等比例关系进行判断。

15、可选地，所述的一种快速图像模板匹配方法，其特征在于，步骤s3包括：

16、步骤s31：将目标图像i的值减去均值目标图像i_mean的值，得到i’；

17、步骤s32：在计算窗口内，计算每个像素点i'[i][j]*t'[i]的值，再根据公式计算得到多个行均值；其中，矩阵t为预设的具有行列分离性质的矩阵，矩阵t’为矩阵t去均值后的矩阵；

18、步骤s33：根据公式并行计算所述计算窗口内的多个像素点对应的最终值。

19、可选地，所述的一种快速图像模板匹配方法，其特征在于，在步骤s5中，通过索引f记录所述减少行m2的行数，fi＝i％(2*r+1),其中，r为计算矩阵t’的半径。

20、第二方面，本发明提供一种快速图像模板匹配系统，用于实现前述任一项所述的快速图像模板匹配方法，其特征在于，包括：

21、预选区域模块，用于得到目标图像i，计算子图像z上一方向上的第一梯度变化，并在目标图像i上计算同一方向上的第二梯度变化，并根据所述第一梯度变化与所述第二梯度变化的关系，确定目标图像i的预选区域；

22、均值模块，用于对目标图像i做均值滤波计算，得到均值目标图像i_mean；

23、第一计算模块，用于在所述预选区域内设置计算窗口，根据目标图像i的像素值和所述均值目标图像i_mean的值计算矩阵t’中每个坐标的矩阵值，得到每一行的行均值，进而计算得到计算窗口对应的最终值；

24、移动模块，用于向上/下移动所述计算窗口的位置，获得新增行m1和减少行m2；

25、第二计算模块，用于计算所述新增行m1的均值，并对所述减少行m1对应的均值进行替换，计算得到所述计算窗口对应的最终值；

26、标记模块，用于标记模板匹配结果。

27、第三方面，本发明提供一种快速图像模板匹配设备，其特征在于，包括：

28、处理器；

29、存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；

30、其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行前述中任意一项所述快速图像模板匹配方法的步骤。

31、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，其特征在于，所述程序被执行时实现前述任意一项所述快速图像模板匹配方法的步骤。

32、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

33、本发明针对目标图像i与子图像进行梯度判断，可以快速识别出潜在的预选区域，大大减少模板匹配算法需要计算的区域，从而大大减少了计算量，缩短了计算时间。

34、本发明针对模板匹配算法，对目标图像先进行均值滤波计算，再以计算窗口为界，以行为单位进行计算，使得同一行间的数据在一次计算中可以复用，大大提高计算效率。

35、本发明在计算窗口每次移动位置时仅需对新增行和减少行进行计算，大大提高了数据复用率，减少了计算量，提高了计算效率。

36、本发明在计算时向上或向下移动窗口，可以利用smid复用之前的计算数据，对计算机友好，并且适用不同的设备，如dsp、x86 cpu、arm cpu等。

37、本发明通过纯软件的方式进行优化，大大提高了数据复用率，使得计算量减少，具有很好的平台适应性，能够在不同平台上兼容，实现跨平台运行。