旋转模板以匹配边缘

Question

（我使用MATLAB R2015a）。我有一个对象的边缘点图（使用边缘检测获得），我有一个对象模板的图。我想旋转模板，直到它与检测到的边缘点匹配。 （图中包含的链接：实心蓝色 - 模板，红点 - 边缘检测点;旋转是微妙的，但它就在那里。）

• 我计划通过不同的thetas值（在我知道怎么做）中围绕质心旋转模板，并要求代码在匹配时停止执行与边缘'（这是我想知道的）并返回相应的theta。

• 构成模板的点数和构成边的点数不一样，因此将图分成3行和1（半）椭圆并直接比较不起作用。

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• 由于在每个帧中检测边缘的方式，因此使用regionprops'orientation'不会为每个帧提供预期结果。 （如果需要，我可以详细说明）

• 我有意使用绘图绘制点，而不是将边缘保持为BW图像，因为否则，我必须在创建模板时舍入索引，对于我的应用程序，我不能丢失这样的精确度。

我不是懒惰，我不希望有人为我编码。我的想法都没有用，我也无法以任何不同的方式思考，所以也许在Matlab有新思维和更多经验的人会有一些想法。

Answer 1

假设图像和模板都是位图（=模板不是3x线+椭圆的一半），你知道模板的位置和大小，而不是角度：

对于每个边缘，找到模板上最近的点，并求和所有距离，或者可能是距离的平方和，或者一些惩罚许多小异常值的其他指标的总和 - 如果旋转略有错误，许多点会略有错误。完全错误的几点是要忽略的噪音。所以，像：

minDist = inf;
minAngle = -1;
for t = 1 : length(thetas)
templatePoints = ...; % calculate template points.
for i = 1 : length(edges)
    edge = edges(i); % assuming this edge is (x, y) edge point
    mind = inf; % Min distance
    for j = 1 : length(templatePoints)
        d = sum(sqrt((edge - templatePoints).^2));
        if (d < mind)
           mind = d;
        end
    end
end
currentDist = sum(mind);
if (currentDist < minDist)
    ...
end

完成模板旋转的整个圆圈后，选择具有最小差异的旋转。

此过程可能有点问题，因为您可能将模板旋转了10.5度并且您将进行1度的步骤，因此最终您将无法获得完全最佳的角度。另外，你将尝试大量完全错误的角度，减慢你的速度。 但要找到最佳角度，你可以改变角度步长，比如你先每10度旋转一次，然后每1度左右最小，然后每0.1度等。或者使用优化方法。如果您没有太多噪音，渐变下降应该可以正常工作，对于噪声图像使用模拟退火。使用与上面相同的代码，currentDist是一个足够好的优化参数 - 它应该尽可能接近0。

如果您的模板尺寸未知或模板位置未知，您肯定应该使用模拟退火，渐变下降几乎肯定会陷入局部最小值。使用与上面类似的代码计算边和模板之间的差异，并将所有未知参数放入方法中。

Answer 2

一种选择是为每次旋转制作结果图像，但不要将其设为二进制，使其成为灰度。有一些方法可以使“最大插值边缘”成为连续函数的位置（例如Xiaolin Wu's line algorithm）。

在匹配图像时，您不会失去精确度，而是将目标的精度设置为与图像相同的水平。

一旦得到这个，对于每个轮换，使用度量来评估2个灰度（是，非二进制）图像如何匹配，使用相关系数，互信息，通用质量指数（UQI）等。