图像处理模块

概述

参考：

图像处理模块下还有很多分类

Object Detection(物体检测)

参考：

通过模板匹配技术查找与模板图像（补丁）匹配（相似）的图像区域的技术。

  • Source image(源图像) (I) # 我们期望在其中找到与模板图像匹配的图像。一般就是大图、或者说背景图。
  • Template image(模板图像)（T） # 将与源图像进行比较的补丁图像。一般是较小的图片。

我们的目标是在源图像中检测到与模板图像的最佳匹配区域。比如这样：

左边的大图是 I，中间的小图是 T。（x2 是什么意思不知道）。右边的是找到的图像区域。i.e. 在 I 中找到 T，用红框标出来

image.png

为了识别匹配区域，通过 sliding(滑动) 模板图像，以便与源图像进行比较。所谓的滑动，意思是将 T 一次移动一个像素（从左到右，从上到下）。我们将这个滑动的模板图像称为 patch，patch 每移动一次，在当前位置，会根据 Match mode(匹配模式) 计算一个 metric(度量) 值以表示该位置的匹配程度是 “好”或“坏”（可以理解为模板图像在源图像的某个特定区域的相似程度）。除了计算出来的 metric，还有 patch 左上角顶点的 横/纵坐标。

image.png

对于 I 上 T 的每个位置，都会保存一份 metric 到 result matrix(结果矩阵) R 中。

下图是使用 TM_CCORR_NORMED 匹配方法滑动 T 的结果 R。通过 minMaxLoc() 函数可以定位到红色圆圈标记的矩形左上角的横纵坐标，该位置就是对于 T 来说在 I 上的最佳匹配位置。黑色矩形就是匹配到的图像区域（之所以能画出来这个匹配到的矩形区域，是因为基于左上角这个点，使用模板图像的宽和高，即可画出来这个矩形）。

image.png

在实践中

  • 首先使用 matchTemplate() 函数进行匹配并获取匹配到的图像区域，函数接受 3 个参数：源图像、模板图像、匹配方法。
  • 然后使用 minMaxLoc() 函数从匹配到的图像区域中定位 R 矩阵中的最高值或最低值，和匹配到该值的图像区域，这个结果只是针对匹配到的图像区域的左上角的信息，
    • min_val 和 max_val 是根据算法得到的最好匹配结果或者最差匹配结果（不用的匹配方法，对于结果值的解读不同）
    • min_loc 和 max_loc 是对应图像区域的左上角的横/纵坐标。
# 返回一个结果矩阵 R
matchedResult = cv2.matchTemplate(source_img, temp_img, cv2.TM_CCOEFF_NORMED)
# 返回 patch 的最大值和最小值，以及这两个值所在位置的横纵坐标
min_val, max_val, min_loc, max_loc = cv2.minMaxLoc(late)

其中匹配方式指的是一种数学公式（高数），也可以称为 匹配算法、匹配模式。共有 6 中匹配方法，不同的计算方式产生的结果的意义不一样。有些返回值越大表示匹配度越高，而有些返回值越小表示匹配程度越好：

  • TM_SQDIFF # 平方差匹配法：该方法采用平方差来进行匹配；0 表示最好的匹配结果；数值越小，匹配效果越好。
  • TM_SQDIFF_NORMED # 标准平方差匹配法
  • TM_CCORR # 相关匹配法：该方法采用乘法操作；0 表示最坏的匹配结果；数值越大，匹配效果越好
  • TM_CCORR_NORMED # 标准相关匹配法
  • TM_CCOEFF # 相关系数匹配法：1 表示完美的匹配；-1 表示最差的匹配，0 表示没有任何相关性(随机序列)。数值越大，匹配效果越好
  • TM_CCOEFF_NORMED # 标准相关系数匹配法

最后修改 January 20, 2024: change notes name, bpf, kernel (01f0283c)