[发明专利]基于掩膜矩阵和快速傅立叶变换的模板图像全局搜索方法

摘要

本发明公开了一种基于掩膜矩阵和快速傅立叶变换的模板图像全局搜索方法。主要解决了现有模板搜索方法运算复杂度过高的问题。本发明包括拷贝模板图和全图，利用模板图生成掩膜图，用掩膜图处理原始模板图，计算模板图能量，扩展模板图和掩膜图，模板扩展图和全图做循环卷积，计算全图的能量矩阵，带入模板匹配公式，找出最大响应位置，实现全图搜索的步骤。本发明通过模板图的扩展和掩膜图的生成，实现了一次计算出响应矩阵；实现了稠密匹配；通过傅里叶变换计算循环卷积，降低模板搜索运算复杂度，并大大降低运算时间；通过共轭保证了循环卷积的“循环方向”。本发明可应用于视频跟踪，模板位置搜索，机械零件定位等情形。

主权项

1.基于掩膜矩阵和快速傅立叶变换的模板图像全局搜索方法，其特征在于，包括有以下步骤：(1)拷贝模板图和全图：读取原始模板图和全图数据，其中原始模板图的大小小于全图；(2)利用原始模板图生成掩膜图：(2a)生成一个与原始模板图一样大小的全1阵，即是掩膜图；(2b)在需要去除目标背景影响的时候将该掩膜图的全1阵中代表背景区域的位置处的元素置0；(3)用掩膜图处理原始模板图：将掩膜图与原始模板图点乘，得到处理后的原始模板图，称为模板图；(4)计算模板图能量：将模板图与自身点乘并求和得到模板图的能量；(5)扩展模板图和掩膜图：(5a)将模板图扩展到和全图矩阵一样大小，新扩展的位置处均赋值为0，称为模板扩展图；(5b)将掩膜图扩展到和全图矩阵一样大小，新扩展的位置处均赋值为0，称为掩膜扩展图；(6)模板扩展图和全图做循环卷积，得到模板全图相关矩阵：(6a)使用快速傅里叶变换将模板扩展图变换到频域中，将得到的矩阵称为模板扩展图的频域矩阵；(6b)对模板扩展图的频域矩阵进行共轭处理；(6c)使用快速傅里叶变换将全图矩阵变换到频域中，将得到的矩阵称为全图的频域矩阵；(6d)将模板扩展图的频域矩阵和全图的频域矩阵进行点乘，得到模板全图相关矩阵的频域矩阵；(6e)对模板全图相关矩阵的频域矩阵进行快速傅里叶反变换，得到模板全图相关矩阵；(7)计算全图的能量矩阵：(7a)使用快速傅里叶变换将掩膜扩展图变换到频域中，将得到的矩阵称为掩膜扩展图的频域矩阵；(7b)对掩膜扩展图的频域矩阵进行共轭处理；(7c)使用快速傅里叶变换将全图与自身的点乘变换到频域中，将得到的矩阵称为全图与自身点乘的频域矩阵；(7d)将掩膜扩展图的频域矩阵与全图与自身点乘的频域矩阵进行点乘，得到全图能量矩阵的频域矩阵；(7e)对全图能量矩阵的频域矩阵进行快速傅里叶反变换，得到全图的能量矩阵；(8)带入模板匹配公式：将模板图能量、模板全图相关矩阵、全图的能量矩阵带入匹配公式，得到代表模板图在全图中匹配度的响应矩阵，其中，匹配公式或是平方差法公式，或是相关系数法公式；(9)找出最大响应位置：从代表模板图在全图中匹配度的响应矩阵中找出代表最大响应的位置，该位置就是模板图所在位置；(10)完成在全图中搜索原始模板图的任务。