一種優(yōu)化的快速模板的匹配算法及應(yīng)用介紹

　　或者歸一化為：

　　2 建立數(shù)學(xué)模型

　　2.1計(jì)算公式

　　模板匹配算法計(jì)算模板和匹配區(qū)域的相似程度，以最相似位置為匹配點(diǎn)。由于模板需要在匹配區(qū)域上逐次匹配，運(yùn)算量很大。所以選擇匹配公式對(duì)整個(gè)匹配的效率有極大的影響。

　　工控機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力有限，需要針對(duì)紅外熱成像跟蹤技術(shù)的特點(diǎn)來(lái)簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，選定計(jì)算量最小的計(jì)算公式。目標(biāo)跟蹤算法用來(lái)確定目標(biāo)位置，可以用匹配誤差的相對(duì)大小作為目標(biāo)判別的依據(jù)，誤差最小的位置就是目標(biāo)位置，需要考慮絕對(duì)相似程度。

　　公式（1）～（5）都能夠真實(shí)反應(yīng)模板的相對(duì)匹配程度，選擇計(jì)算量最小、效率最高的公式（1）作為原始數(shù)學(xué)模型。匹配點(diǎn)位置算法完成整個(gè)匹配區(qū)域內(nèi)的小匹配誤差點(diǎn)檢索，表示為公式（6）：

　　變量K、L為匹配區(qū)域尺寸；M、N為模板尺寸。

　　2.2 模板尺寸

　　模板尺寸對(duì)系統(tǒng)性能和計(jì)算量的影響不容小覷。模板過(guò)大導(dǎo)致動(dòng)態(tài)特性變差；過(guò)小又會(huì)減少目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)量，降低匹配的敏感程度，增大目標(biāo)檢測(cè)難度。實(shí)際操作中，模板尺寸設(shè)置為32×16時(shí)的效果非常理想。

　　2.3 匹配區(qū)域

　　不同的應(yīng)用環(huán)境下，對(duì)匹配區(qū)域和實(shí)時(shí)性要求也不盡相同。光電探測(cè)設(shè)備需要在視頻圖像采集周期內(nèi)(20ms)完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理。由于目標(biāo)在兩場(chǎng)視頻圖像之間的移動(dòng)量較小、特征變化不大，匹配區(qū)域可以大大縮小。

　　匹配區(qū)域太小會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)動(dòng)態(tài)特性變差，過(guò)大又會(huì)導(dǎo)致計(jì)算量大幅度增加，具體選擇需要權(quán)衡設(shè)備參數(shù)來(lái)決定。由于CCIR制式視頻信號(hào)是隔行掃描，系統(tǒng)出于實(shí)時(shí)性考慮，數(shù)據(jù)以場(chǎng)為單位處理，導(dǎo)致圖像比例為2:1狀態(tài)。為了保持水平、垂直方向的動(dòng)態(tài)特性一致，圖像匹配區(qū)域也按2:1比例選擇。

　　在滿足實(shí)時(shí)性要求的情況下，選擇相對(duì)較大的匹配范圍，可提高設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性，從表1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，選擇匹配區(qū)域100×50點(diǎn)、模板32×16點(diǎn)時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍為69×35，時(shí)間消耗為13ms。光電探測(cè)設(shè)備系統(tǒng)目標(biāo)動(dòng)態(tài)特性要求處理區(qū)域不小于40×20點(diǎn)?？梢?jiàn)以上選擇可以很好地滿足動(dòng)態(tài)特性和實(shí)時(shí)性要求。

　　表1 匹配區(qū)域與完全優(yōu)化處理時(shí)間對(duì)比表

　　*數(shù)據(jù)測(cè)試平臺(tái)為：PIII933CPU、256MB內(nèi)存、Win2000操作系統(tǒng)

　　**數(shù)據(jù)是在加入算法優(yōu)化、模板尺寸為32×16的情況下獲取的。