[发明专利]基于仿射变换和模板匹配的多步图像配准方法

说明书

本发明公开了一种基于仿射变换和模板匹配的多步图像配准算法，包括获得物体的原理图以及实拍图；提取实拍图的检测目标区域，根据目标区域与原理图的外轮廓特征，使用仿射变换完成实拍图与原理图的第一步粗配准；完成对配准区域的配准；提取配准点位置，并与原理图进行匹配；根据匹配点的对应关系，获取实拍图与原理图仿射变换的变换矩阵，完成仿射变换；在实拍图的对应位置的周围做一次模板匹配，完成区域配准误差的补偿，最终完成每一块区域的配准工作。本发明属于机器视觉缺陷检测技术领域，具体是提供了一种可以容许待检品在图像中更大的误差、图像配准的精度更高的基于仿射变换和模板匹配的多步图像配准算法。

技术领域

本发明属于机器视觉缺陷检测技术领域，具体是指一种基于仿射变换和模板匹配的多步图像配准方法。

背景技术

随着生活水平的提高和生产制造力技术的发展，人们对产品质量提出了更高的要求，3C件、加工件、纺织品、医药包装、食品包装等行业，都存在产品外观质量检测问题。通常人们对产品外观质量的关注，主要包括：(1)以产品外观质量作为价值依附的产品，如印刷、包装、工艺品等；(2)表面缺陷直接影响到产品的使用和深加工的产品，会给使用着和深加工客户带来极大的损失，因此，检测表面缺陷品质量的把控非常必要。

目前国内针对产品的表面缺陷检测，主要通过两种方法：(1)几何配准法：即通过定位区域的形状、中心点、偏转角度等来完成配准；一般采用配准区域的外接旋转矩形来实现配准。具体做法为在原理图像和待检图像中选择一个相同的配准区域，使用区域的外界矩形中心作为旋转中心，矩形长边与x轴夹角作为旋转角度，对待检图像进行旋转、平移等操作；由于图像噪声的存在和定位点提取偏差等现实问题，为提高定位精度，选择定位区时一般选择与背景差异较大，易提取且面积较大的区域；(2)两点配准法：顾名思义是通过两个点之间的相对位置关系来实现定位的算法；基本做法为在原理图像和待检图像中选择两个相同的配准点，以模板图像两个点所构直线与x轴夹角作为标准角度，以两点的中心作为定位中心和旋转中心，以两点之间长度作为标准长度，对待检图像进行旋转、平移、缩放等操作；由于图像噪声的存在和定位点提取偏差等问题，为提高定位精度，选择定位点时应使两个配准点距离应尽量远，最好处于图像的对角位置。

对于上述方法，算法(1)几何配准法的优点为处理速度快，只需要一个配准区域，但是缺点也很明显，即配准精度低；算法(2)两点配准法的优点在于处理速度快，定位精度高，但是缺点在于需要两个配准点，并且对配准点要求较高。

标准品外观缺陷使用机器视觉进行检测的过程中，常常会使用原理图来对实际的产品进行检测。因而做好实际产品拍摄图像与原理图的1比1配准，是检测效果的前提条件。实际检测过程中，由于硬件设备精度的限制，实拍图或多或少的会存在一定程度的旋转、平移、缩放等等。基于此需求，本文提出一种基于仿射变换和模板匹配的多步图像配准方法。该算法可以在容忍较大的旋转、平移、缩放等机械误差的基础上，完成原理图与实拍图的高精度配准。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种可以容许待检品在图像中更大的误差、图像配准的精度更高的基于仿射变换和模板匹配的多步图像配准方法。

本发明采取的技术方案如下：本发明一种基于仿射变换和模板匹配的多步图像配准方法，包括以下步骤：

S1：获得物体的原理图，采用CCD或CMOS传感器对物体表面进行表面图像采集，获得实拍图；

S2：根据实拍图背景与前景的颜色纹理差异提取实拍图的检测目标区域，根据目标区域与原理图的外轮廓特征，使用仿射变换完成实拍图与原理图的第一步粗配准；

S3：根据实拍图中配准区域的颜色纹理特征，使用模板匹配的方式完成对每个配准区域的配准；

S4：根据配准区域内配准点的颜色纹理特征，提取每个配准区域内的配准点位置，并与原理图中相应区域内的配准点位置进行一一匹配；