OpenCV2马拉松第13圈——模版匹配

收入囊中

在http://blog.csdn.net/abcd1992719g/article/details/25505315这里，我们已经学习了如何利用反向投影和meanshift算法来在图像中查找给定模版图片的位置。meanshift针对的是单张图像，在连续图像序列的跟踪中，camshift(Continuously Adaptive Mean-SHIFT)是一种著名的算法。但在这里，我们先不讨论camshift,而是先讨论最简单的模版匹配。

• 模版匹配算法
• opencv normalize函数
• opencv matchTemplate函数
• opencv minMaxLoc函数

其中，normalize归一化函数和minMaxLoc函数我们以前用过，在本节将详细阐述他们的用法。

葵花宝典

本节的算法也是属于比较简单的。

我们举个例子：下面分别是源图像和模版图像

站在最单纯的角度，你会怎么做？

毫无疑问，我们要找到一个标准来衡量，square error是最普遍简单的.

步骤：

1. 遍历图像的所有点
2. 对于一个点(m,n),计算square error.也就是遍历模版图像的长和高，计算sum( (src(m+x,n+y)-template(x,y))^2 )
3. 遍历完后，就有了一个和原图大小相等的square error(不考虑边缘)矩阵，然后取出值最小的那个位置

OpenCV就是这么做的，只不过它提供了6种方法(其实是3种，另外3种只不过多了归一化)，square error是其中一种

初识API

循环遍历计算的过程OpenCV帮我们做了，matchTemplate

C++:  void  matchTemplate (InputArray  image, InputArray  templ, OutputArray  result, int  method )

	image – 输入图像 templ – 模版图像，不能比输入图像大，类型要和输入图像一致 result – 输出的结果，单通道32位浮点数.result图像比输入图像要小，因为考虑了边界.If image is  and templ is  , thenresult is  . method – 有6种方法

 method=CV_TM_SQDIFF

• method=CV_TM_SQDIFF_NORMED

• method=CV_TM_CCORR

• method=CV_TM_CCORR_NORMED

• method=CV_TM_CCOEFF

  where

• method=CV_TM_CCOEFF_NORMED

NOTE:之前我们用square error时，值越小说明越匹配，但是并不是上面所有的方法都是这样子.

R越小越匹配 (when CV_TM_SQDIFF was used) 

R越大越匹配 (whenCV_TM_CCORR or CV_TM_CCOEFF was used) 

归一化？normalize

我们发现，上面3种是没有归一化的，也就是result可能会是一个值很大的矩阵，几万几十万，imshow是一片黑乎乎。如果我们想看效果，就必须要做归一化了.

C++: void normalize(InputArray src, OutputArray dst, double alpha=1, double beta=0, int norm_type=NORM_L2, int dtype=-1, InputArraymask=noArray() )

假设我有[1,4,5,6,7,10]的矩阵,我们先看3种归一化类型

L1_norm: 每個元素乘上1/sqrt(1+4+5+6+7+10)
L2_norm: 每個元素乘上1/sqrt(1+16+25+36+49+100)
NORM_MINMAX:使每個元素限制在[a=5,b=0]之間算法如下:dst(i)=(src(i)-min(src))*(5-0)/(max(src)-min(src))
1-->0
4-->3*5/9=1.6666
5-->4*5/9=2.2222

比较常用的还是MinMAX,OpenCV默认使用NORM_L2

在使用L1_norm,L2_norm时，alpha,beta就没效果了.

在使用NORM_MINMAX时候，alpha,beta就是你要缩放的范围，我发现两个值换一下没关系，大概OpenCV帮我们判断了大小。

找到最大最小值，minMaxLoc

double minVal; double maxVal; Point minLoc; Point maxLoc;

minMaxLoc( image, &minVal, &maxVal, &minLoc, &maxLoc, Mat() );

the function calls as arguments:

• image: 输入图像
• &minVal and &maxVal: Variables to save the minimum and maximum values in result
• &minLoc and &maxLoc: The Point locations of the minimum and maximum values in the array.
• Mat(): Optional mask

荷枪实弹

#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include <iostream>
#include <stdio.h>

using namespace std;
using namespace cv;

Mat img; Mat templ; Mat result;
const char* image_window = "Source Image";
const char* result_window = "Result window";

int match_method;
int max_Trackbar = 5;

void MatchingMethod( int, void* );

int main( int, char** argv )
{
  /// Load image and template
  img = imread( argv[1], 1 );
  templ = imread( argv[2], 1 );

  /// Create windows
  namedWindow( image_window, CV_WINDOW_AUTOSIZE );
  namedWindow( result_window, CV_WINDOW_AUTOSIZE );

  /// Create Trackbar
  const char* trackbar_label = "Method: \n 0: SQDIFF \n 1: SQDIFF NORMED \n 2: TM CCORR \n 3: TM CCORR NORMED \n 4: TM COEFF \n 5: TM COEFF NORMED";
  createTrackbar( trackbar_label, image_window, &match_method, max_Trackbar, MatchingMethod );

  MatchingMethod( 0, 0 );

  waitKey(0);
  return 0;
}

void MatchingMethod( int, void* )
{
  Mat img_display;
  img.copyTo( img_display );

  //重要，调用模版匹配再进行归一化
  matchTemplate( img, templ, result, match_method );
  normalize( result, result, 0, 1, NORM_MINMAX);


  double minVal; double maxVal; Point minLoc; Point maxLoc;
  Point matchLoc;
  //找到最大最小点
  minMaxLoc( result, &minVal, &maxVal, &minLoc, &maxLoc, Mat() );


  //根据我前面讲的，分方法取最大还是最小值
  if( match_method  == CV_TM_SQDIFF || match_method == CV_TM_SQDIFF_NORMED )
    { matchLoc = minLoc; }
  else
    { matchLoc = maxLoc; }

  //画上矩形框框
  rectangle( img_display, matchLoc, Point( matchLoc.x + templ.cols , matchLoc.y + templ.rows ), Scalar::all(0), 2, 8, 0 );
  rectangle( result, matchLoc, Point( matchLoc.x + templ.cols , matchLoc.y + templ.rows ), Scalar::all(0), 2, 8, 0 );

  imshow( image_window, img_display );
  imshow( result_window, result );

  return;
}

举一反三

有时候，图像中要有多个匹配的地方，这时候就不能只用一次minMaxLoc来解决了，可以去遍历我们的结果矩阵.

计算机视觉讨论群：162501053

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