结合四元数Zernike矩的快速模板匹配

• 作 者: 岳文浩
• 出 处: 华中科技大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 彩色图像 目标识别 模板匹配 四元数代数 矩不变量 Zernike矩

四元数矩技术作为一种非常有效的彩色图像特征提取技术,由于其在图像表示、不变性以及噪声鲁棒性上的优势,已被广泛地应用于图像处理的相关领域,并取得较好的处理效果。而模板匹配技术则主要用来进行目标的识别和跟踪,考虑到彩色图像所含信息的复杂性,我们将四元数矩和矩不变量理论应用到模板匹配中,采用新的搜索匹配策略,提出了一种新的快速模板匹配算法来处理彩色图像,在保证一定精度的前提下,提高匹配速度。论文的主要内容如下:(1)介绍了图像处理的背景和发展,分析概括了四元数矩和矩不变量的相关理论以及模板匹配技术的研究历程,并对各个阶段的研究内容进行了分析与概括。(2)介绍了目前已有的矩函数,以矩的正交性作为切入点,给出了非正交矩和正交矩的定义及简单性质,并通过简单推导给出了一些矩的旋转不变量。另外,还简要说明了不同矩在实际应用中的特点及它们之间的效果比较。(3)介绍了彩色图像的四元数表示方法,给出了四元数Zernike矩的不变量构造过程,并通过实验研究了在图像归一化过程中底板尺寸对实验效果的影响,给出一般较好的底板尺寸。最后通过实验验证了利用该矩不变量特征来处理彩色图像的有效性。(4)介绍了目前现有的模板匹配算法,从匹配方法和搜索策略两方面分析概括了快速的模板匹配算法,并说明了它们在实际应用中的优缺点。针对彩色图像,我们提出了一种新的快速模板匹配算法,其主要思路为:采用四元数Zernike矩不变量进行图像特征提取,通过由粗到细的区域性搜索策略,并以搜索子图到模板图像的相对距离作为二者的相似度计算。最后通过实验验证了该算法在保证了匹配精度的前提下,提高了匹配速度,另外还验证了算法对噪声的鲁棒性。