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關鍵詞：模板匹配 粗匹配 精匹配 亂序匹配 Visual C++
紅外熱成像跟蹤技術是一種被動式目標檢測、跟蹤技術,用于對紅外視頻信號進行目標檢測、提取和跟蹤。對比度特征鑒別是比較常用的目標提取方法。它無法記憶、識別目標形態特征,在復雜背景下提取效果、跟蹤穩定性較差。而模板匹配算法以目標特征數據為模板,在搜索區域里尋找匹配點,即以目標形態特片為判據實現目標檢索和跟蹤。即便在復雜背景狀態下,跟蹤靈敏度和穩定度都*,非常適用于復雜背景下的目標跟蹤。
模板匹配算法由于計算量龐大,應用成本較高。經過多方優化、簡化后,可用工控機實現實時模板匹配處理。在沒有增加成本、耽誤工程進度的前提下,增強了復雜背景下的跟蹤靈敏度和穩定度,提高了產品的綜合競爭能力。為模板匹配算法的低成本應用開壁了一條新路。
本文介紹的模板匹配算法在Windows 2000下用Visual C++編制,可方便地移植到多種操作平臺。
1 模板匹配原理
模板匹配是數字圖像處理的重要組成部分之一。把不同傳感器或一傳感器在不同時間、不同成像條件下對同一景物獲取的兩幅或多幅圖像在空間上對準,或根據已知模式到另一幅圖中尋找相應模式的處理方法就叫做模板匹配。
假設要在搜索區域中尋找與模板圖像相關程度zui大的位置,可以通過模板匹配來計算兩者的相關程度。圖1是模板匹配算法的示意圖。假設模板（b）疊放在搜索圖(a)上平移,模板覆蓋下的部分記作子圖Si,j,其中i,j是這塊子圖的左上角像點在S圖中的坐標。從圖1中可得出i,j的取值范圍：1≤i≤K-M+1、1≤j≤L-N+1。
衡量模板T和子圖Si,j的匹配程度,可用下列兩種測度：
或者
展開前一個式子,有：
（3）式右邊的第三項表示模板的總能量,是一個常數,與(i,j)無關。*項是模板覆蓋下那塊子圖像的能量,它隨(i,j)位置而緩慢改變。第二項是子圖像和模板的互相關函數,隨（i,j）變化而迅速改變。模板T和子圖Si,j匹配時這一項的值zui大,因此可用下列相關函數來反應匹配程度：
或者歸一化為：
公式（5）
2 建立數學模型
2.1計算公式
模板匹配算法計算模板和匹配區域的相似程度,以zui相似位置為匹配點。由于模板需要在匹配區域上逐次匹配,運算量很大。所以選擇匹配公式對整個匹配的效率有*的影響。
工控機的數據處理能力有限,需要針對紅外熱成像跟蹤技術的特點來簡化數學模型,選定計算量zui小的計算公式。目標跟蹤算法用來確定目標位置,可以用匹配誤差的相對大小作為目標判別的依據,誤差zui小的位置就是目標位置,需要考慮相似程度。
公式（1）～（5）都能夠真實反應模板的相對匹配程度,選擇計算量zui小、效率zui高的公式（1）作為原始數學模型。匹配點位置算法完成整個匹配區域內的小匹配誤差點檢索,表示為公式（6）：
變量K、L為匹配區域尺寸;M、N為模板尺寸。
2.2 模板尺寸
模板尺寸對系統性能和計算量的影響不容小覷。模板過大導致動態特性變差;過小又會減少目標的特征數據量,降低匹配的敏感程度,增大目標檢測難度。實際操作中,模板尺寸設置為32×16時的效果非常理想。
2.3 匹配區域
不同的應用環境下,對匹配區域和實時性要求也不盡相同。光電探測設備需要在視頻圖像采集周期內(20ms)完成數據實時處理。由于目標在兩場視頻圖像之間的移動量較小、特征變化不大,匹配區域可以大大縮小。
Junkers 87172043500 Bosch 8 717 204 350 0 Pumpe
Junkers 87172043500 Bosch 8 717 204 350 0 Pumpe DDPWM 1
SIEMENS 6GT2801-1AB10 E-Stand: B 6GT2801-1AB10
Vaillant 19-0153 Gebl?se 190153
WOLF 8601911 REGELUNGSPLATIN?E CONTROLLER GU / GG -1 EK
Vaillant 05-3080 Gasarmatur 053080
Junkers TA 211E E/C 1 TA 211E für Heatronic Witterungsg
Vaillant Pumpe 509266 für VSC 126,196 (modulierend)
Junkers UPS 15-60 TTAO Bosch Pumpe 7719002166
Wolf Heizk?rperabspe?rrset 2070432 Wandger?t
Honeywell Bedienger?t XL20H03
Siemens 6GT2001-0BA00 MOBY 1 SLG42 SLG 42
SIEMENS 6ES7 621-1AD00-6AE3 E-Stand:01 6ES7621-1AD00-6?A
Junkers Heizungsregler TA 122E2 // TA 122 E2
Sick PLS101-112 Laserscanner Tauschteil funktionsf?hig
Vaillant Thermoblock ecoTEC VRC VC Regler
Wolf WT1 Witterungsgefüh?rter Regler Artnr. 8600082 mit
Centra ZG52 Centratherme ZG 52
Siemens 6ES7 223-1HF00-0XA0 simatic 6ES7223-1HF00-0?XA0
Wolf RT 99-678-382 Regler 24V
Junkers Heizungsregler TA 21A TA 21 A
Junkers Gebl?se 8 717 204 240 0 Neu OVP
Centra ZG52 Centratherme ZG 52
Centra ZG52 Centratherme ZG 52
Centra ZG52 Centratherme ZG 52
JUNKERS Fernbedienung TF 20, für TA 270 CAN-BUS TF20
SIEMENS 6ES7 322-1BH81-0AA0 simatic 6ES7322-1BH81-0?AA0
VAILLANT Calormatic FBGw Raumtemperaturr?egler 9536
Centra ZG53 Centratherme ZG 53
Junkers 87114030640 Bosch 8 711 403 064 0 Leiterplatte
SIEMENS 6GK7 443-5FX01-0XE0 simatic 6GK7443-5FX01-0?XE0
Vaillant THERMOBLOCK eco TEC Regelung mit digital Schal
Landis & Gyr RVL 55 Heizungsregler RVL55
Junkers TR12-1 F Heizungsregler TR 12-1 F 8747208147
Landis&GYR PRV 1.32 Heizungsregler PRV1.32
Vaillant VRC CB Compaktregler VRC-CB
Siemens 6AV3515-1MA22-1?AA0 OP 15-C2 6AV3 515-1MA22-1AA
Siemens S5 6ES5 944-7UA11 // 6ES5944-7UA11
Vaillant VRT370 calorMATIC 370 VRT 370
Vaillant VRC CB Compaktregler VRC-CB
Junkers Textdisplay 87472081000 8 747 208 100 0
Junkers 87483003460 Leiterplatte 8 748 300 346 0
Vaillant 19-0235 Gebl?se 190235
Centra ZG52 E3 Centratherme ZG 52 E3
Vaillant VRC-CMB Compaktregler VRC CMB
Vaillant 053256 Gasarmatur 05-3256
Wolf AWT1 Art.nr. 27 33 052 // 2733052
Junkers 87483004910 Leiterplatte 8 748 300 491 0
Unical 7701010 Regler K1 678-463 ATAG Benraad Jun
Siemens 6ES7 141-6BG00-0AB0 // 6ES7141-6BG00-0?AB0
SIEMENS 6SL3243-0BB30-1?PA2 // 6SL3 243-0BB30-1PA2
Siemens eperm M 6DS1700-8AA // 6DS 1700-8AA
Centra MCR 32 Honeywell MCR32
Siemens Landis & Staefa RVL 470 Heizungsregler RVL470
Unical 7701010 Regler K1 678-463 ATAG Benraad Jun
JUNKERS Raumregler TRP 31 NR 7 744 901 056 TRP31
Junkers TR 10 - 2F Raumtemperaturr?egler TR10-2F TR10
Siemens 6FC5111-0CA05-0?AA2 Version B 6FC5 111-0CA
SIEMENS 6ES7321-1CH00-0?AA0 E-Stand: 04 6ES7 321-1CH
Siemens 6NH1804-2BB01-3?BB2 SINAUT TIM11B 6NH1 804-2
Siemens S5 6ES5 377-0AA32 Simatic 6ES5377-0AA32
Siemens 6ES5 858-0AA11 TK858 6ES5858-0AA11
Siemens 6FC5111-0CA02-0?AA2
Siemens SAX 81.03 Slantrieb SAX 81 Slmotor SK
Siemens 6FC5111-0CA02-0?AA2
HMM Bosch Junkers Heizschaltmodul NR 7 719 001 661
Honeywell Bedienger?t XI 582 A Centra
Siemens S5 6ES5385-8MA11 Simatic 6ES5 385-8MA11
Vaillant VRT392 calorMATIC 392 VRT 392
Junkers Heizungsregler TA 120A TA 120 A
Heizungsregler QAW 20 Siemens QAW20
Junkers Heizungsregler TA250 TA 250
Vaillant VRC-CB Compaktregler VRC CB
VAILLANT Calormatic FBGw Raumtemperaturr?egler 9536
Junkers 8705406185 Innenk?rper 8 705 406 185
Junkers 87483006640 Leiterplatte 8 748 300 664 0
SIEMENS 6ES7 340-1CH00-0AE0 simatic 6ES7340-1CH00-0?AE0
Siemens 6ES5 405-7AB21 // 6ES5405-7AB21
Vaillant 06-1849 W?rmetauscher 061849
Siemens 6FX1132-1BA01 // 6FX1 132-1BA01
Wolf Mischrmodul MM 2744293
Vaillant VRT230 calorMATIC 230 VRT 230 Art.NO 307 40
Vaillant VRC CBB Compaktregler VRC-CBB
Junkers IPM 1 7719002738 IPM1
Siemens Simodrive 610 FBG- Baugruppe 6RB2000-0NF01
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Junkers 7 744 901 066 Fernbedienung TFC2 24V TFC 2
Junkers IPM 1 7719002738 IPM1
Junkers 87172042570 Bosch 8 717 204 257 0 Gebl?se
Wolf ART2 Art.nr. 27 33 051 // 2733051 24V
Vaillant VRT392 calorMATIC 392 VRT 392
Junkers TR 10 - 2F Raumtemperaturr?egler TR10-2F TR10
SIEMENS 6ES7 131-7RF00-0AB0 simatic 6ES7131-7RF00-0?AB0
Siemens Simatic Uhrenbaugruppe 6FL9010-1AA11
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Junkers 87483000360 Leiterplatte 8 748 300 036 0
DeDietrich DC35 Dietricom DC35
SIEMENS 6ES7 315-1AF03-0AB0 E-Stand 01 6ES7315-1AF03
SIEMENS 6ES7 340-1AH02-0AE0 simatic 6ES7340-1AH02-0?AE0
Junkers Heizungsregler TA 210A TA 210 A
Vaillant Raumtemperaturr?egler calorMATIC 340F // 340
Vaillant calorMATIC 350 RAUMREGLER RAUMTHERMOSTAT VRT 3
Vaillant calorMATIC 350 RAUMREGLER RAUMTHERMOSTAT VRT 3
Siemens 6ES5335-0AA11 // 6ES5 335-0AA11 Diagnoseger
Junkers FR100 Heizungsregler FR 100
Vaillant VRT-PZA // VRT PZA 9148
Siemens Landis & Staefa RVA 46.531/213 RVA 46.531 /213
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SIEMENS 6ES7 326-2BF00-0AB0 simatic 6ES7326-2BF00-0?AB0
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Siemens Landis & Staefa RVA 46.531/113 RVA 46.531 /113
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Vaillant Schaltkasten 9443 für VIH 130/3 - VIH 190
Siemens S5 6ES5 393-0UA11 6ES5393-0UA11
Junkers TRZ 12-2 Raumtemperaturr?egler 7 719 002 102
SIEMENS 6ES7 235-0KD22-0XA0 E-Stand 1.0 6ES7235-0KD2
Vaillant VRT230 calorMATIC 230 VRT 230 Art.NO 307 40
Siemens 6GK1543-0AA00 // 6GK1 543-0AA00
