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光电跟踪系统高精度模板匹配跟踪算法

吴浩 张勇 李欣 佀明华 王伟明

吴浩, 张勇, 李欣, 佀明华, 王伟明. 光电跟踪系统高精度模板匹配跟踪算法[J]. 红外技术, 2022, 44(12): 1301-1308.
引用本文: 吴浩, 张勇, 李欣, 佀明华, 王伟明. 光电跟踪系统高精度模板匹配跟踪算法[J]. 红外技术, 2022, 44(12): 1301-1308.
WU Hao, ZHANG Yong, LI Xin, SI Minghua, WANG Weiming. High-precision Template Matching Tracking Algorithm for Optoelectronic Tracking System[J]. Infrared Technology , 2022, 44(12): 1301-1308.
Citation: WU Hao, ZHANG Yong, LI Xin, SI Minghua, WANG Weiming. High-precision Template Matching Tracking Algorithm for Optoelectronic Tracking System[J]. Infrared Technology , 2022, 44(12): 1301-1308.

光电跟踪系统高精度模板匹配跟踪算法

基金项目: 

国家自然科学基金 51305455

陆军装备部资助课题 ZS2014070140A12002

详细信息
    作者简介:

    吴浩(1993-),男,河北辛集人,硕士研究生,研究方向为光电检测与图像处理

    通讯作者:

    张勇(1974-),男,河北邢台人,博士,高级工程师,研究方向为光电检测与图形图像处理。E-mail:bit10701159@163.com

  • 中图分类号: O439;TP391

High-precision Template Matching Tracking Algorithm for Optoelectronic Tracking System

  • 摘要: 为实现在光电跟踪系统条件下的高精度测量并且满足复杂环境下高精度目标匹配,本文选用去均值归一化互相关匹配算法。为提高匹配速度以及跟踪实时性,利用和表法计算公式中图像求和、平方和图像匹配互相关来简化计算复杂度;采用小波分层金字塔法作为搜索策略,并将模板质心作为参考点进行十字形搜索,引入终止阈值减少误匹配点进一步提高搜索速度。为验证该算法的有效性,实验中将光电跟踪系统放置在二维转台上,调整转台利用该算法跟踪目标靶板。实验结果表明,目标脱靶量控制在3个像素以内,该算法在光电跟踪系统上可实现高精度稳定跟踪。
  • 图  1  金字塔分层图像的互相关匹配结果

    Figure  1.  Cross-correlation matching results of pyramid images

    图  2  质心法

    Figure  2.  Centroid method

    图  3  直线检测法

    Figure  3.  Line detection method

    图  4  待测图像模板匹配相关度

    Figure  4.  Template matching correlation of image

    图  5  待测图像匹配相关度大于0.8

    Figure  5.  Image matching correlation is greater than 0.8

    图  6  跟踪算法流程

    Figure  6.  Flowchart of tracing algorithm

    图  7  实验装置示意图

    Figure  7.  Experimental setup

    图  8  跟踪结果图像

    Figure  8.  Tracking result of image

    图  9  图像质心坐标序列

    Figure  9.  Sequence of image centroid coordinate

    图  10  非合作目标跟踪图像

    Figure  10.  Tracking image of non-cooperative target

    图  11  非合作目标质心坐标序列

    Figure  11.  Sequence of non-cooperative target centroid coordinate

    表  1  计算复杂度对比

    Table  1.   Comparison of computational complexity

    Image size: M×N
    Window size: m×n
    The traditional method The proposed method
    Addition/subtraction Multiplication Addition/subtraction Multiplication
    Construction of sum-tables S1 0 0 M×N 0
    S2 0 0 M×N M×N
    S3 0 0 M×N M×N
    Calculation of NCC ∑∑ M×N×m×n 0 M×N 0
    ∑∑f2 M×N×m×n M×N×m×n M×N 0
    ∑∑f·r M×N×m×n M×N×m×n M×N 0
    Total M×N×m×n M×N×m×n 18×M×N M×N
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  • [1] 朱泓谕. 模板匹配技术在图像识别中的运用[J]. 电子技术与软件工程, 2021(5): 122-123. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZRU202105062.htm

    ZHU Hongyu. Application of template matching technique in image recognition[J]. Electronic Technology & Software Engineering, 2021(5): 122-123. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZRU202105062.htm
    [2] Lewis J P. Fast normalized cross correlation[C]//Proceeding of Vision Interface, 1995: 120-123.
    [3] 陈翔, 陈鹏. 基于改进模板匹配的目标跟踪算法[J]. 计算机应用, 2011, 31(z2): 127-128. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSJY2011S2040.htm

    CHEN Xiang, CHEN Peng. Object tracking algorithm based on improved template matching[J]. Journal of Computer Applications, 2011, 31(z2): 127-128. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSJY2011S2040.htm
    [4] 谢维达, 周宇恒, 寇若岚. 一种改进的快速归一化互相关算法[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2011, 39(8): 1233-1237. doi:  10.3969/j.issn.0253-374x.2011.08.025

    XIE Weida, ZHOU Yuheng, KOU Ruolan. An improved fast normalized cross correlation algorithm[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2011, 39(8): 1233-1237. doi:  10.3969/j.issn.0253-374x.2011.08.025
    [5] 王斌, 何中市, 伍星, 等. 基于高斯金字塔的图像运动估计算法[J]. 计算机工程与应用, 2015, 51(7): 174-178. doi:  10.3778/j.issn.1002-8331.1305-0110

    WANG Bin, HE Zhongshi, WU Xing, et al. Image motion estimation algorithm based on Gaussian pyramid[J]. Computer Engineering and Applications, 2015, 51(7): 174-178. doi:  10.3778/j.issn.1002-8331.1305-0110
    [6] 胡敏, 贺晓佳, 王晓华. 快速区域质心图像匹配算法[J]. 电子测量与仪器学报, 2011, 25(5): 455-462. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZIY201105013.htm

    HU Min, HE Xiaojia, WANG Xiaohua. Fast image matching algorithm with area centroid[J]. Journal of Electronic Measurement and Instrumentation, 2011, 25(5): 455-462. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZIY201105013.htm
    [7] YANG Zhuo. Fast template matching based on normalized cross correlation with centroid bounding[C]//International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation of IEEE, 2010: 224-227.
    [8] 穆欣侃, 罗海波. 一种对亮度变化鲁棒的相关跟踪方法[J]. 红外与激光工程, 2012, 40(1): 255-260. doi:  10.3969/j.issn.1007-2276.2012.01.048

    MU Xinkan, LUO Haibo. Correlation tracking approach robust to the variation of image brightness[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 40(1): 255-260. doi:  10.3969/j.issn.1007-2276.2012.01.048
    [9] 徐一鸣, 顾菊平, 袁媛, 等. 基于改进归一化积相关算法的目标跟踪方法研究[J]. 南通大学学报(自然科学版), 2013, 12(2): 11-15. doi:  10.3969/j.issn.1673-2340.2013.02.003

    XU Yiming, GU Juping, YUAN Yuan, et al. Research on target tracking method based on an improved normalized product correlation algorithm[J]. Journal of Nantong University(Natural Science Edition), 2013, 12(2): 11-15. doi:  10.3969/j.issn.1673-2340.2013.02.003
    [10] WEI Shouder, LAI Shanghong. Fast template matching based on normalized cross correlation with adaptive multilevel winner update[J]. IEEE Transactions on Image Processing, 2008, 17(11): 2227-2235. doi:  10.1109/TIP.2008.2004615
    [11] Tsai D M, LIN C T. Fast normalized cross correlation for defect detection[J]. Pattern Recognition Letters, 2003, 24: 2625-2631. doi:  10.1016/S0167-8655(03)00106-5
    [12] Gharavi-Alkhansari M. A fast globally optimal algorithm for template matching using low-resolution pruning[J]. IEEE Transactions on Image Processing, 2001, 10(4): 526-533. doi:  10.1109/83.913587
    [13] 吴强, 任琳, 张杰. 快速归一化互相关算法及DSP优化实现[J]. 电子测量与仪器学报, 2011, 25(6): 495-499. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZIY201106002.htm

    WU Qiang, REN Lin, ZHANG Jie. Fast algorithm of normalized cross correlation and optimized implementation on DSP[J]. Journal of Electronic Measurement and Instrument, 2011, 25(6): 495-499. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZIY201106002.htm
    [14] 陈岳军, 孙广玲, 姚恒. 结合小波金字塔的空频域亚像素图像配准[J]. 上海大学学报(自然科学版), 2012, 18(4): 342-348. doi:  10.3969/j.issn.1007-2861.2012.04.003

    CHEN Yuejun, SUN Guangling, YAO Heng. Hybrid spatial-frequency domain sub-pixel image registration with wavelet pyramid[J]. Journal of Shanghai University(Natural Science Edition), 2012, 18(4): 342-348. doi:  10.3969/j.issn.1007-2861.2012.04.003
    [15] 吴鹏, 徐洪玲, 宋文龙. 结合小波金字塔的快速NCC图像匹配算法[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2017, 38(5): 791-796. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HEBG201705022.htm

    WU Peng, XU Hongling, SONG Wenlong. A fast NCC image matching algorithm based on wavelet pyramid search strategy[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2017, 38(5): 791-796. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HEBG201705022.htm
    [16] 刘元琳, 宋春凤, 王玲玲. 基于金字塔的渐进分辨率匹配算法研究[J]. 电子制作, 2020(20): 27-29. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZZZ202020012.htm

    LIU Yuanlin, SONG Chunfeng, WANG Lingling. Research on progressive resolution matching algorithm based on pyramid[J]. Electronic Production, 2020(20): 27-29. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZZZ202020012.htm
    [17] 张万绪, 吴佳丽, 赵丽平, 等. 改进的十字菱形搜索算法INCDS[J]. 西北大学学报(自然科学版), 2011, 41(2): 226-230. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XBDZ201102009.htm

    ZHANG Wanxu, WU Jiali, ZHAO Liping, et al. Improved new cross-diamond search algorithm INCDS[J]. Journal of Northwest University(Natural Science Edition), 2011, 41(2): 226-230. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XBDZ201102009.htm
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-20
  • 修回日期:  2022-11-18
  • 刊出日期:  2022-12-20

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