OpenCV 模板匹配(Template Match)

Posted 2022-02-13 流楚丶格念

文章目录

• 模板匹配介绍
• • 模板匹配定义
  • 匹配算法
  • • 平方差
    • 归一化的平方差
    • 相关性
    • 归一化的相关性
    • 相关性系数
    • 归一化的相关性系数
• 相关API
• 代码示例

模板匹配介绍

模板匹配定义

模板匹配就是在整个图像区域发现与给定子图像匹配的小块区域。

所以模板匹配首先需要一个模板图像T（给定的子图像）
另外需要一个待检测的图像-源图像S
工作方法，在带检测图像上，从左到右，从上向下计算模板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。

匹配算法

opencv中支持的比较方法有六种，分别如下：

平方差

1、cv::TM_SQDIFF：该方法使用平方差进行匹配，因此最佳的匹配结果在结果为0处，值越大匹配结果越差。

公式为：

归一化的平方差

2、cv::TM_SQDIFF_NORMED：该方法使用归一化的平方差进行匹配，最佳匹配也在结果为0处。

公式为：

相关性

3、cv::TM_CCORR：相关性匹配方法，该方法使用源图像与模板图像的卷积结果进行匹配，因此，最佳匹配位置在值最大处，值越小匹配结果越差。

公式为：

归一化的相关性

4、cv::TM_CCORR_NORMED：归一化的相关性匹配方法，与相关性匹配方法类似，最佳匹配位置也是在值最大处。

公式为：

相关性系数

5、cv::TM_CCOEFF：相关性系数匹配方法，该方法使用源图像与其均值的差、模板与其均值的差二者之间的相关性进行匹配，最佳匹配结果在值等于1处，最差匹配结果在值等于-1处，值等于0直接表示二者不相关。

公式为：

归一化的相关性系数

6、cv::TM_CCOEFF_NORMED：归一化的相关性系数匹配方法，正值表示匹配的结果较好，负值则表示匹配的效果较差，也是值越大，匹配效果也好

公式为：

相关API

函数原型：

void cv::matchTemplate(
	cv::InputArray image, // 用于搜索的输入图像, 8U 或 32F, 大小 W-H
	cv::InputArray templ, // 用于匹配的模板，和image类型相同， 大小 w-h
	cv::OutputArray result, // 匹配结果图像, 类型 32F, 大小 (W-w+1)-(H-h+1)
	int method 				// 用于比较的方法
);

函数参数：

参数	含义	匹配取值
TM_SQDIFF	平方差	该方法使用平方差进行匹配，因此最佳的匹配结果在结果为0处，值越大匹配结果越差。
TM_SQDIFF_NORMED	归一化的平方差	该方法使用归一化的平方差进行匹配，最佳匹配也在结果为0处。
TM_CCORR	相关性	相关性匹配方法，该方法使用源图像与模板图像的卷积结果进行匹配，因此，最佳匹配位置在值最大处，值越小匹配结果越差。
TM_CCORR_NORMED	归一化的相关性	归一化的相关性匹配方法，与相关性匹配方法类似，最佳匹配位置也是在值最大处。
TM_CCOEFF	相关性系数	相关性系数匹配方法，该方法使用源图像与其均值的差、模板与其均值的差二者之间的相关性进行匹配，最佳匹配结果在值等于1处，最差匹配结果在值等于-1处，值等于0直接表示二者不相关。
TM_CCOEFF_NORMED	归一化的相关性系数	归一化的相关性系数匹配方法，正值表示匹配的结果较好，负值则表示匹配的效果较差，也是值越大，匹配效果也好

代码示例

效果如下：在另一张颖宝图片中，找到了其他图片的颖宝头像截图

素材：


代码：

#include <iostream>
#include <math.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui_c.h> 

using namespace std;
using namespace cv;

Mat src, temp, dst;
int match_method = TM_SQDIFF;
int max_track = 5;
const char* INPUT_T = "input image";
const char* OUTPUT_T = "result image";
const char* match_t = "template match-demo";
void Match_Demo(int, void*);
int main(int argc, char** argv) 
	// 待检测图像
	src = imread("./zhao3.jpg");
	// 模板图像
	temp = imread("./zhaolian.jpg");
	if (src.empty() || temp.empty()) 
		printf("could not load image...\\n");
		return -1;
	
	namedWindow(INPUT_T, CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	namedWindow(OUTPUT_T, CV_WINDOW_NORMAL);
	namedWindow(match_t, CV_WINDOW_AUTOSIZE);
	imshow(INPUT_T, temp);
	const char* trackbar_title = "Match Algo Type:";
	createTrackbar(trackbar_title, OUTPUT_T, &match_method, max_track, Match_Demo);
	Match_Demo(0, 0);

	waitKey(0);
	return 0;


void Match_Demo(int, void*) 
	int width = src.cols - temp.cols + 1;
	int height = src.rows - temp.rows + 1;
	Mat result(width, height, CV_32FC1);

	matchTemplate(src, temp, result, match_method, Mat());
	normalize(result, result, 0, 1, NORM_MINMAX, -1, Mat());

	Point minLoc;
	Point maxLoc;
	double min, max;
	src.copyTo(dst);
	Point temLoc;
	minMaxLoc(result, &min, &max, &minLoc, &maxLoc, Mat());
	// 平方差最佳的匹配结果小值匹配效果最佳  其余均为大值效果最佳
	if (match_method == TM_SQDIFF || match_method == TM_SQDIFF_NORMED) 
		temLoc = minLoc;
	 else 
		temLoc = maxLoc;
	

	// 绘制矩形
	rectangle(dst, Rect(temLoc.x, temLoc.y, temp.cols, temp.rows), Scalar(0, 0, 255), 2, 8);
	rectangle(result, Rect(temLoc.x, temLoc.y, temp.cols, temp.rows), Scalar(0, 0, 255), 2, 8);
	
	imshow(OUTPUT_T, result);
	imshow(match_t, dst);