归一化相关图像模板匹配高效实现方法技术

本发明专利技术公开了归一化相关图像模板匹配高效实现方法，属于图像处理的技术领域。匹配方法通过构建包括高速相关运算模块、模板图实时图数据外部存储器、微处理器、结果存储器的装置实现，采用并行处理的方式首先并行计算当前行各列搜索位置模板图实时图归一化相关系数，同时按照下一行搜索计算时实时图数据的行顺序重新排序模板图数据，然后并行计算搜索位置处下一行各列模板图实时图归一化相关系数，在保证了实时图数据与模板图数据相对应的前提下计算出搜索位置处各行各列模板图实时图归一化相关系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了归一化相关图像模板匹配高效实现方法，特别是涉及一种能够高效并行计算出归一化相关系数的高精度、高实时性图像模板匹配方法及装置，属于图像处理的

技术介绍
模板匹配主要用来定位图像中的一个目标，它已经广泛应用于图像配准、双目立体视觉等图像处理领域，并且这些图像处理手段已经在如自动目标识别、基于双目立体视觉的测量、医疗图像融合、卫星图像监控等军用民用领域中得到广泛应用。模板匹配通过计算已知表征目标的模板图与实时图中搜索区域内所有位置的相似性测度来进行目标定位，该目标同模板图有类似的尺寸和图像。由于归一化相关系数对亮度和对比度变化具有不变性，因此它是模板匹配中广泛应用的一种测度。假定实时图和模板图分别由A、B表示，其尺寸分别为K×L和M×N个像素。在任一搜索位置(u,v)，0≤u≤K-M，0≤v≤L-N，归一化相关系数(NCC-NormalizedCross-Correlation)定义为：C(u,v)=ΣΣ[A(i+u,j+v)-A(u,v)‾]×[B(i,j)-B‾]{ΣΣ[A(i+u,j+v)-A(u,v)‾]2

【技术保护点】
归一化相关图像模板匹配高效实现方法，其特征在于，通过构建包括高速相关运算模块、模板图实时图数据外部存储器、微处理器、结果存储器的装置实现，所述模板图实时图数据外部存储器、微处理器、结果存储器分别与高速相关运算模块连接，模板图实时图数据外部存储器、结果存储器分别与微处理器相连；所述高速相关运算模块包括：与模板图实时图数据外部存储器连接的模板图灰度值平方求和模块、模板图灰度值求和模块、实时图模板图灰度值乘积求和模块、实时图灰度值求和模块、实时图灰度值平方求和模块，由模板图灰度值平方总和、模板图灰度值总和、实时图模板图灰度值乘积总和、实时图灰度值总和、实时图灰度值平方总和求得搜索位置处各行各列模板图实时图归一化相关系数的后续计算模块，以及，外部通信接口模块、时序控制模块，所述实时图模板图灰度值乘积求和模块采用乒乓缓存结构存储模板图数据；外部通信接口模块与微处理器进行参数输入输出、指令输入、状态查询输出，时序控制模块与所述模板图灰度值平方求和模块、模板图灰度值求和模块、实时图模板图灰度值乘积求和模块、实时图灰度值求和模块、实时图灰度值平方求和模块、后续计算模块中的地址线以及控制线相连接以实现下述匹配高效实现方法的控制流程，匹配高效实现方法的控制流程具体包括：A、从模板图实时图数据外部存储器中读取的每一行模板图数据存储在乒乓缓存结构中的一组模板数据RAM缓冲块内，从模板图实时图数据外部存储器中读取的与模板行数对应的实时图数据存储在实时图数据RAM缓存块内，同时计算模板图灰度值总和以及灰度值平方总和、搜索位置处第0行第0列实时图灰度值总和以及实时图灰度值平方总和；B、采用并行方式计算搜索位置处各行各列模板图实时图归一化相关系数：B1、计算当前行第0列实时图模板图灰度值乘积总和以及归一化相关系数，B2、实时图数据RAM缓存块在高速相关运算器的时序控制下并行输出实时图模板图重叠区域相对于前一列搜索位置新进的一列数据以及刚移出的一列数据，对当前行数据的实时图灰度值并加结果以及灰度值平方和并加结果进行累加，即依次在当前行前一列数据并加结果累加值的基础上加上新进一列数据并加结果后再减去移出一列数据并加结果，累加结果与当前行第0列实时图灰度值总和以及灰度值平方总和求和得到当前行下一列实时图灰度值总和以及灰度值平方总和，B3、重复步骤B1至B2直至计算出当前行各列模板图实时图归一化相关系数，同时按照下一行搜索计算时实时图数据的行顺序从模板图实时图数据外部存储器中重新读取模板图数据，将重新读取的模板图数据存储在乒乓缓存结构中的另一组模板数据RAM缓存块内，通过乒乓操作使得重新读取的模板图数据参与下一行各列模板图实时图归一化相关系数的计算；B4、读取下一行实时图数据覆盖下一行计算中不用的实时图数据RAM缓存块，计算搜索位置处当前行第0列实时图灰度值总和以及实时图灰度值平方总和；B5、重复步骤B1至步骤B4直至计算出搜索位置处各行各列模板图实时图归一化相关系数。...

【技术特征摘要】
1.归一化相关图像模板匹配高效实现方法，其特征在于，
通过构建包括高速相关运算模块、模板图实时图数据外部存储器、微处理器、
结果存储器的装置实现，所述模板图实时图数据外部存储器、微处理器、结果存
储器分别与高速相关运算模块连接，模板图实时图数据外部存储器、结果存储器
分别与微处理器相连；
所述高速相关运算模块包括：与模板图实时图数据外部存储器连接的模板图
灰度值平方求和模块、模板图灰度值求和模块、实时图模板图灰度值乘积求和模
块、实时图灰度值求和模块、实时图灰度值平方求和模块，由模板图灰度值平方
总和、模板图灰度值总和、实时图模板图灰度值乘积总和、实时图灰度值总和、
实时图灰度值平方总和求得搜索位置处各行各列模板图实时图归一化相关系数
的后续计算模块，以及，外部通信接口模块、时序控制模块，所述实时图模板图
灰度值乘积求和模块采用乒乓缓存结构存储模板图数据；
外部通信接口模块与微处理器进行参数输入输出、指令输入、状态查询输出，
时序控制模块与所述模板图灰度值平方求和模块、模板图灰度值求和模块、实时
图模板图灰度值乘积求和模块、实时图灰度值求和模块、实时图灰度值平方求和
模块、后续计算模块中的地址线以及控制线相连接以实现下述匹配高效实现方法
的控制流程，
匹配高效实现方法的控制流程具体包括：
A、从模板图实时图数据外部存储器中读取的每一行模板图数据存储在乒乓
缓存结构中的一组模板数据RAM缓冲块内，从模板图实时图数据外部存储器中
读取的与模板行数对应的实时图数据存储在实时图数据RAM缓存块内，同时计
算模板图灰度值总和以及灰度值平方总和、搜索位置处第0行第0列实时图灰度
值总和以及实时图灰度值平方总和；
B、采用并行方式计算搜索位置处各行各列模板图实时图归一化相关系数：
B1、计算当前行第0列实时图模板图灰度值乘积总和以及归一化相关系数，
B2、实时图数据RAM缓存块在高速相关运算器的时序控制下并行输出实时
图模板图重叠区域相对于前一列搜索位置新进的一列数据以及刚移出的一列数
据，对当前行数据的实时图灰度值并加结果以及灰度值平方和并加结果进行累加，
即依次在当前行前一列数据并加结果累加值的基础上加上新进一列数据并加结

\t果后再减去移出一列数据并加结果，累加结果与当...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小涛，陈佳辉，王邢波，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32