2D模板匹配

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功能描述

将输入图片中物体与 2D 模板进行匹配,以计算物体 2D 位姿。

使用场景

该步骤用于获取目标物体在图像中的位置,以计算物体位姿,或为后续步骤中图像位置及朝向修正计算 2D 变换。

输入与输出

template matching input and output

参数说明

调整该步骤参数的大致流程如下图所示:

template matching step workflow
梯度幅度下限阈值

默认值:60

调节说明:匹配前需要设置适当的梯度幅度下限阈值来提取物体特征,梯度幅度大于该阈值的像素将被考虑为特征像素。效果对比如下图所示。

下图中,梯度幅度下限阈值设置为 10 时,物体特征提取效果较差,如左图所示;梯度幅度下限阈值设置为 60 时,物体特征提取效果较好,如右图所示。所以适当调高阈值,有助于准确提取物体特征。

template matching gradient magnitude lower threshold
模板特征已生成

默认值:不勾选。

调节说明:在首次运行此步骤时,将先提取“制作2D模板”步骤输出的模板图像中的特征像素,并存储在工程文件夹中。然后将待匹配图像中提取的特征像素与模板图像的特征像素进行匹配,并输出匹配结果。之后再运行此步骤时,将直接调用保存的模板图像特征像素。当需要重新提取模板特征时,例如更改了某些参数和模板图像后,请取消勾选该参数再运行此步骤,以便重新提取模板图像的特征像素。

模板设置(不勾选模板特征已生成时显示此项)

模板特征文件路径

调节说明:选择保存模板特征文件的路径。

模板图像文件路径

调节说明:选择 制作2D模板 步骤输出端口 2 保存的模板图像文件的路径。

模板掩膜文件路径

调节说明:选择 制作2D模板 步骤输出端口 3 保存的模板掩膜文件的路径。

起始角度

默认值:-180.0

调节说明:起始角度和终止角度规定匹配时模板在图像中的旋转范围。

终止角度

默认值:180.0

调节说明:可参考“起始角度”。

角度步长

默认值:1.0

调节说明:角度步长决定了每隔多少度进行一次匹配尝试。

起始尺度

默认值:0.80

调节说明:起始尺度和终止尺度规定匹配时模板在图像中的尺度变化范围。

终止尺度

默认值:1.20

调节说明:可参考“起始尺度”。

尺度步长

默认值:0.20

调节说明:尺度步长决定了每隔多大尺度变化进行一次匹配尝试。

匹配设置 (勾选模板特征已生成后显示此项)

匹配分数下限阈值

默认值:50.0

调节说明:匹配分数小于此阈值的匹配结果将被丢弃,剩余结果会经过该步骤的精匹配环节的筛选后输出。

  • 当物体有遮挡时,应适当调低此阈值。

  • 当此阈值过高时,可能不输出任何结果。

匹配结果数量上限

默认值:3

调节说明:当实际匹配结果数大于此值时,列表末端的结果会被丢弃。

  • 匹配分数下限阈值设置为适当的值时,匹配结果数量上限越高,最终匹配到的结果数量越多。

  • 匹配分数下限阈值设置为 25 ,匹配结果数量上限分别设置为 1 和 4 时,匹配结果分别如下图所示。其中,左图为匹配结果数量上限设置为 1 时的匹配结果,右图为匹配结果数量上限设置为 4 时的匹配结果。

template matching matching settings 1
  • 匹配结果数量上限设置为适当值时,匹配分数下限阈值越高,最终匹配到的结果数量越少。当匹配结果数量上限设置为 4 ,匹配分数下限阈值分别设置为 25 和 50 时,匹配结果如下图所示。其中,左图为匹配分数下限阈值为 25 时的匹配结果,右图为匹配分数下限阈值为 50 时的结果。

template matching matching settings 2

上图右图中,由于只有 3 个匹配结果的分数高于所设置的匹配分数下限阈值,所以最多只能输出 3 个结果。

重叠比例上限阈值

默认值:0.40

调节说明:若匹配中出现了两个匹配结果的重叠,当重叠比例大于该值时,会保留匹配分数较高的那个结果,丢弃另一个结果。

修正设置 (勾选 模板特征已生成 后显示此项)

搜索半径

默认值:10.0

调节说明:用于位姿精修正时寻找对应点,当匹配结果不是很好时,可适当增加此值。

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