(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210412978.3 (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 湖南大学 地址 410012 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路2号 (72)发明人 孙炜　覃业宝　刘权利　刘乃铭　 (74)专利代理 机构 南京苏创专利代理事务所 (普通合伙) 32273 专利代理师 吴太平 (51)Int.Cl. G06V 10/44(2022.01) G06V 10/75(2022.01) (54)发明名称 一种快速的多目标多角度模板匹配方法 (57)摘要 本发明公开一种快速的多目标多角度模板 匹配方法， 包括： S1对模板图像和待匹配图像分 别进行预处理； S2分别对模板图像和待匹配图像 检测并提取包含工件的轮廓； S3将模板图像和待 匹配图像包含工件的轮廓旋转至同一角度， 并裁 剪出最小外接矩形大小的工件区域， 将模板图像 中裁剪出的工件区域作为模板工件， 将待匹配图 像中裁剪 出的工件区域作为目标工件； S4 分别计 算模板工件和目标工件中所有像素点的梯度强 度； S5对所有梯度强度进行非极大值抑制和滞后 阈值处理， 剔除无效的梯度强度； S6根据归一化 互相关方法， 将模板工件与所有目标工件逐个进 行匹配。 本发 明仅需一张模板图像能实时检测待 匹配图像中具有多角度的多个目标工件， 提升了 匹配定位效率。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 114842212 A 2022.08.02 CN 114842212 A 1.一种快速的多目标多角度模板匹配方法， 其特 征在于， 该 方法包括如下步骤： (1)对模板工件图像和待匹配工件图像分别进行预处理， 预处理过程包括将彩色图转 换成灰度图， 滤波和分割处 理； (2)分别检测并提取(1)中模板 工件图像和待匹配工件图像包 含的所有工件的轮廓； (3)分别将模板 工件图像和待匹配工件图像中所有工件的轮廓旋转至同一角度； (4)分别检测(3)中模板工件图像和待匹配工件图像中包含工件的最小外接矩形， 并以 最小外接矩形的大小裁剪出所有已经旋转至同一角度的工件， 将从模板工件图像中裁剪出 的包含一个工件的唯一工件区域图作为模板工件， 将从待匹配工件图像中裁剪出的包含一 个工件的多个工件区域图作为目标工件； (5)分别计算(4)中模板工件和所有目标工件中所有像素点X和Y方向的梯度值， 最后根 据X和Y方向的梯度值， 计算每 个像素点的梯度强度和梯度方向； (6)对(5)中的梯度强度进行处 理， 以剔除无效的梯度强度； (7)将模板工件与所有目标工件逐个进行匹配， 计算模板工件与目标工件的相似度， 若 该相似度大于设定阈值， 则认为匹配成功， 反 之， 匹配失败。 2.根据权利要求1所述的一种快速的多目标多角度模板匹配方法， 其特征在于， 步骤 (1)的具体实现方法如下： 输入一张包含且仅包含一个工件的彩色图像作为模板工件图像， 另输入一张包含一个或多个工件的彩色图像作为待匹配工件图像， 先将模板工件图像和待 匹配工件图像转换成灰度图像， 然后进行滤波处理和对图像中不均匀光照区域进 行优化处 理， 最后将灰度图转换成二 值图像， 分割出图像背景和工件。 3.根据权利要求1所述的一种快速的多目标多角度模板匹配方法， 其特征在于， 步骤 (2)的具体实现方法如下： 分别检测并提取(1)中模板工件图像和待匹配工件图像包含的所 有工件的轮廓， 并剔除无效轮廓。 4.根据权利要求1所述的一种快速的多目标多角度模板匹配方法， 其特征在于， 步骤 (3)的具体实现方法如下： 首先将模板工件图像和待匹配工件图像进 行边界扩充， 以防止工 件旋转后超出原有边界， 然后检测模板工件图像和待匹配工件图像包含的所有工件的最小 外接矩形， 最后以最小外接矩形的中心作为旋转中心， 将所有工件轮廓旋转至同一角度， 将 多角度的工件转换成同一个角度。 5.根据权利要求1所述的一种快速的多目标多角度模板匹配方法， 其特征在于， 步骤 (4)的具体实现方法如下： 分别检测模板工件图像和待匹配工件图像中所有已经旋转至同 一角度的工件的最小外接矩形， 并以最小外接矩形的大小裁剪出所有已经旋转至同一角度 的工件， 将从模板工件图像中裁剪出 的包含一个工件的唯一工件区域图作为模板工件， 将 从待匹配工件图像中裁 剪出的包 含一个工件的多个工件区域图作为目标工件。 6.根据权利要求1所述的一种快速的多目标多角度模板匹配方法， 其特征在于， 步骤 (5)的具体实现方法如下： 分别计算模板工件和所有目标工件中所有像素点X和Y方向的梯 度， 按以下公式计算梯度强度： 其中， Gx和Gy分别为X和Y方向的梯度， Ma gnitude为梯度强度； 按以下公式计算梯度方向Directi on：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114842212 A 2将所有梯度方向离 散成0、 45、 90和13 5度四个梯度方向以提高最终模板匹配的速度。 7.根据权利要求1所述的一种快速的多目标多角度模板匹配方法， 其特征在于， 步骤 (6)的具体实现方法如下： 按以下方式分别确定模板工件和目标工件中的所有像素点的邻 域左右两点的梯度强度： 根据图像中第i行第j列像素点的梯度方向确定该像素点的左邻域点和右邻域点的梯 度强度对应的坐标(x1,y1)和(x2,y2)， 取对应坐标的梯度强度作为左邻域点和右邻域点的 梯度强度M(x1,y1)和M(x2,y2)； ①若该像素点的梯度方向为0度， 则 ②若该像素点的梯度方向为 45度， 则 ③若该像素点的梯度方向为90度， 则 ④若该像素点的梯度方向为13 5度， 则 分别将模板工件和目标工件的所有像素点的梯度强度与邻域左右两点的梯度强度进 行比较， 若该像素点的梯度强度都大于邻域左右两点的梯度强度， 则 保留该像素点的梯度 强度， 否则， 该像素点的梯度强度设置为0， 即完成非极大值抑制处 理； 分别将模板工件和目标工件的所有像素点的梯度强度与滞后阈值处理中预先设定的 第一阈值和第二阈值进 行比较， 若该梯度强度大于第一阈值， 则该像素点的梯度强度保留， 若小于第二阈值， 则将该像素点的梯度强度设置为0； 若该梯度强度小于第一阈值且大于第 二阈值， 则将该梯度强度与八邻域点的梯度强度进行比较， 若该梯度强度都大于八邻域点 的梯度强度， 则保留该像素点的强度， 否则， 该像素点的强度设置为0； 所述第一阈值大于第 二阈值。 8.根据权利要求1所述的一种快速的多目标多角度模板匹配方法， 其特征在于， 步骤 (7)的具体实现方法如下： 将模板工件与所有目标工件逐个进行匹配， 通过步骤(1)～(6)， 得到如下信息： 其中， i＝1～n， n为模板工件有效轮廓点数， PiT为模板工件有效轮廓点中的第i个点， 和YiT分别为模板工件有效轮廓点中的第i个点在模板工件图像的X和Y方向的坐标值， GiT为模板工件有效轮廓点中的第i个点的梯度， 和 分别为模 板工件有效轮廓点中的 第i个点在X和Y方向的梯度； 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114842212 A 3