基于匹配模板的術(shù)語(yǔ)自動(dòng)翻譯方法 基于openCV的形狀模版匹配
日期:2023-03-11 12:39:36 / 人氣: 769 / 發(fā)布者:成都翻譯公司
生成旋轉(zhuǎn)模版的問(wèn)題openCV沒(méi)有自帶的旋轉(zhuǎn)函數(shù),需要通過(guò)getRotationMatrix2D生成旋轉(zhuǎn)矩陣,再用warpAffine進(jìn)行仿射變換。但是warpAffine生成的圖形會(huì)自動(dòng)進(jìn)行裁剪,會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題,因此需要稍微修改(詳情見(jiàn)imrotate函數(shù))。openCV一些函數(shù)的源代碼在內(nèi)部還是進(jìn)行了hal庫(kù)的調(diào)用,用戶沒(méi)有辦法修改,因此沒(méi)有辦法在函數(shù)內(nèi)部進(jìn)行算法修改。原意
果然,halcon用的順手,人變懶了。正好有個(gè)項(xiàng)目需要自己寫(xiě)一個(gè)形狀匹配的程序,就用它來(lái)實(shí)踐。程序不是很復(fù)雜,速度和halcon中的find_scaled_shape_model還是有差距的。我目前不知道。如何進(jìn)一步改進(jìn),暫且。如果大家有什么改進(jìn)的想法,大佬們可以評(píng)論,這樣你們才能繼續(xù)進(jìn)步。
想法
主要思想還是基于散點(diǎn)的重合度。雖然 openCV 自帶了 matchTemplate 和 matchShape 函數(shù),但它內(nèi)部是進(jìn)行遍歷像素矩計(jì)算的。由于檢測(cè)圖像中存在干擾邊緣,這些函數(shù)對(duì)于形狀匹配(局部像素點(diǎn)集匹配)是不適合的。當(dāng)然,這些功能還是很快的。目前,我不知道如何達(dá)到相同的速度。
算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遇到幾個(gè)問(wèn)題:
1.生成旋轉(zhuǎn)模板的問(wèn)題
openCV本身沒(méi)有旋轉(zhuǎn)函數(shù),需要通過(guò)getRotationMatrix2D生成旋轉(zhuǎn)矩陣,然后使用warpAffine進(jìn)行仿射變換。但是warpAffine生成的圖形會(huì)被自動(dòng)裁剪,會(huì)造成一些問(wèn)題,所以需要稍微修改一下(詳見(jiàn)imrotate函數(shù))。
2. 遍歷邊緣點(diǎn)或進(jìn)行卷積的問(wèn)題
由于openCV和halcon兩者在取像素上都很慢,所以只能用filter2D來(lái)做比較。不得不說(shuō)openCV自帶的硬件加速庫(kù)還是很高效的。
3. 遍歷計(jì)算速度太慢
openCV的一些函數(shù)的源碼在內(nèi)部還是被hal庫(kù)調(diào)用了,用戶沒(méi)有辦法修改,所以也沒(méi)有辦法修改函數(shù)內(nèi)部的算法。嘗試使用ppl庫(kù)進(jìn)行并行加速,效果還不錯(cuò)。
程序說(shuō)明
(1) 先修改金字塔層級(jí)PyrLevel基于匹配模板的術(shù)語(yǔ)自動(dòng)翻譯方法,層級(jí)越大搜索速度越快。主函數(shù)中有放大的邊緣圖像。根據(jù)邊緣是否清晰修改PyrLevel和Canny函數(shù)的閾值保證待檢測(cè)圖像,且模板圖片邊緣清晰完整。
(2)如果找不到,適當(dāng)降低minScore,越接近0基于匹配模板的術(shù)語(yǔ)自動(dòng)翻譯方法,搜索相似度容忍度越大,但運(yùn)行速度越慢。
函數(shù)片段
具體代碼項(xiàng)目見(jiàn)
/*************************************************
Function: // CreateScaledShapeModel
Description: // 創(chuàng)建模版集
Input: // Template:模版圖片的邊緣圖
PyrLevel:金字塔縮小層數(shù)
AngleStart,AngleExtent,AngleStep:旋轉(zhuǎn)角度候選參數(shù)
ScaleMin,ScaleMax,ScaleStep:縮放比例候選參數(shù)
Output: // pModelImageSet,pModelPointSet,pScaleSet,pAngleSet:模版集指針
Return: // 無(wú)
Others: //
*************************************************/
void CreateScaledShapeModel(Mat Template, int PyrLevel, int AngleStart, int AngleExtent, int AngleStep, float ScaleMin, float ScaleMax, float ScaleStep, vector* pModelImageSet, vector* pModelPointSet, vector* pScaleSet, vector* pAngleSet)
{
vector ModelImageSet;
vector ModelPointSet;
vector AngleSet;
vector ScaleSet;
while (ScaleMin <= ScaleMax)
{
cout << ScaleMax << endl;
ScaleSet.push_back(ScaleMax);
ScaleMax -= ScaleStep;
}
while (AngleStart <= AngleExtent)
{
cout << AngleExtent << endl;
AngleSet.push_back(AngleExtent);
AngleExtent -= AngleStep;
}
//模版生成
for (int level = 0; level <= PyrLevel; level++)
{
Mat pyrmodelImage = Template;
for (int i = 0; i < level; i++)
{
pyrDown(pyrmodelImage, pyrmodelImage);
}
//縮放
for (int i = 0; i < ScaleSet.size(); i++)
{
Mat scaleImage;
resize(pyrmodelImage, scaleImage, Size(round(pyrmodelImage.cols*ScaleSet[i]), round(pyrmodelImage.cols*ScaleSet[i])), 0, 0, INTER_LINEAR);
//旋轉(zhuǎn)
for (int j = 0; j < AngleSet.size(); j++)
{
Mat rotateImage;
imrotate(scaleImage, rotateImage, AngleSet[j]);
//threshold(rotateImage, rotateImage, 1, 255, 0);
Canny(rotateImage, rotateImage, 50, 100, 3, false);
rotateImage /= 255;
//imshow("旋轉(zhuǎn)", rotateImage);
//imwrite("旋轉(zhuǎn).jpg", rotateImage);
//waitKey(0);
ModelImageSet.push_back(rotateImage);
int pointNum = 0;
for (int i = 0; i < rotateImage.cols; i++)
{
for (int j = 0; j < rotateImage.rows; j++)
{
if (rotateImage.at(Point(i, j)) != 0)
pointNum++;
}
}
ModelPointSet.push_back(pointNum);
rotateImage.release();
}
scaleImage.release();
}
}
*pModelImageSet = ModelImageSet;
*pModelPointSet = ModelPointSet;
*pAngleSet = AngleSet;
*pScaleSet = ScaleSet;
}
/*************************************************
Function: // FindScaledShapeModel
Description: // 在一張圖片中搜索與模版相似的圖形
Input: // Image:待檢測(cè)圖片
ModelImageSet,ModelPointSet,ScaleSet,AngleSet:模版集
PyrLevel:金字塔縮小層數(shù)
MinScore:篩選相似度閾值
Output: // pRow,pCol,pScale,pAngle,pScore:輸出匹配到的元素參數(shù)集合的指針
Return: // 無(wú)
Others: // 使用該函數(shù)前需要先調(diào)用CreateScaledShapeModel
*************************************************/
void FindScaledShapeModel(Mat Image, vector ModelImageSet, vector ModelPointSet, vector ScaleSet, vector AngleSet, int PyrLevel, float MinScore, vector* pRow, vector * pCol, vector* pScale, vector* pAngle, vector* pScore)
{
mutex mt;
Mat modelImage = ModelImageSet[0];
vector Row;
vector Col;
vector Scale;
vector Angle;
vector Score;
bool findFlag = false;
//金字塔分層匹配
for (int level = PyrLevel; !findFlag && level >= PyrLevel; level--)
{
Mat pyrsrcImage = Image;
for (int i = 0; i < level; i++)
{
pyrDown(pyrsrcImage, pyrsrcImage);
}
int kernSize = floor(sqrt(min(pyrsrcImage.rows / 100, pyrsrcImage.cols / 100)));
Mat kern = Mat::ones(2 * kernSize + 1, 2 * kernSize + 1, CV_8U);
Mat blurImage;
filter2D(pyrsrcImage, blurImage, pyrsrcImage.depth(), kern);
//imshow("糊化原圖", blurImage);
//moveWindow("糊化原圖", 0, 0);
//waitKey(10);
Mat tempblurImage;
blurImage.convertTo(tempblurImage, CV_8U);
tempblurImage /= 255;
int parallelnum = ScaleSet.size() *AngleSet.size();
parallel_for(0, parallelnum, [&](int k)
{
Mat scoreImage(tempblurImage.size(), CV_16U);
Mat tempmodelImage = ModelImageSet.at(ModelImageSet.size()- 1 - k);
int temppointNum = ModelPointSet.at(ModelPointSet.size() - 1 - k);
float max_score = 0;
/*imshow("模版", tempmodelImage);
resizeWindow("模版", tempmodelImage.rows, tempmodelImage.cols);
moveWindow("模版", blurImage.cols,0);
waitKey(10);*/
//double start = static_cast(getTickCount());
filter2D(tempblurImage, scoreImage, scoreImage.depth(), tempmodelImage);
//double time = ((double)getTickCount() - start) / getTickFrequency();
//cout << "所用時(shí)間為:" << time << "秒" << endl;
mt.lock();
while (1)
{
double v_min, v_max;
int idx_min[2] = { 255,255 }, idx_max[2] = { 255, 255 };
minMaxIdx(scoreImage, &v_min, &v_max, idx_min, idx_max);
scoreImage.at(idx_max[0], idx_max[1]) = 0;
max_score = v_max / temppointNum;
//cout << "第" << level << "層" << "第" << k + 1 << "個(gè)成績(jī):" << max_score << endl;
if (max_score > MinScore)
{
float scale = ScaleSet[ScaleSet.size() - 1 - (k) / AngleSet.size()];
float angle = AngleSet[AngleSet.size() - 1 - (k) % AngleSet.size()];
//int selectx = (idx_max[1] - (tempmodelImage.cols - 1) / 2)*pow(2, level);
//int selecty = (idx_max[0] - (tempmodelImage.rows - 1) / 2)*pow(2, level);
//int pyrselectx = idx_max[1] - tempmodelImage.cols / 2;
//int pyrselecty = idx_max[0] - tempmodelImage.rows / 2;
Row.push_back(idx_max[1] * pow(2, level));
Col.push_back(idx_max[0] * pow(2, level));
Scale.push_back(scale);
Angle.push_back(angle);
Score.push_back(max_score);
//cout << Point(selectx, selecty) << " " << Point(pyrselectx, pyrselecty) << endl;
//rectangle(blurImage, Rect(pyrselectx, pyrselecty, tempmodelImage.cols, tempmodelImage.rows), 255, 2, 8);
//rectangle(Image, Rect(selectx, selecty, modelImage.cols / scale, modelImage.rows / scale), 255, 2, 8);
//imshow("縮放圖位置", blurImage);
//imshow("原圖位置", Image);
//waitKey(0);
//findFlag = true;
}
else break;
}
tempmodelImage.release();
scoreImage.release();
mt.unlock();
}
);
for (int m = 0; m < Row.size() ; m++)
{
for (int n = m+1; n < Row.size() ; n++)
{
if (abs(Row[n] - Row[m])= Score[m])
{
swap(Row[m], Row[n]);
swap(Col[m], Col[n]);
swap(Scale[m], Scale[n]);
swap(Angle[m], Angle[n]);
swap(Score[m], Score[n]);
Row.erase(Row.begin() + n);
Col.erase(Col.begin() + n);
Scale.erase(Scale.begin() + n);
Angle.erase(Angle.begin() + n);
Score.erase(Score.begin() + n);
n = m ;
}
}
}
}
*pRow = Row;
*pCol = Col;
*pScale = Scale;
*pAngle = Angle;
*pScore = Score;
}
}
void imrotate(Mat& img, Mat& newIm, double angle)
{
int heightNew = int(img.cols*fabs(sin(angle*3.14 / 180)) + img.rows * fabs(cos(angle*3.14 / 180)));
int widthNew = int(img.rows*fabs(sin(angle*3.14 / 180)) + img.cols * fabs(cos(angle*3.14 / 180)));
int len = max(img.cols, img.rows);
Point2f pt(len / 2., len / 2.);
Mat r = getRotationMatrix2D(pt, angle, 1.0);
r.at(0, 2) += (widthNew - img.cols) / 2;
r.at(1, 2) += (heightNew - img.rows) / 2;
warpAffine(img, newIm, r, Size(widthNew, heightNew), INTER_LINEAR, BORDER_REPLICATE);
}
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