模板匹配是在图像中查找与模板最相似区域的核心技术,本文演示 OpenCV 单模板匹配的完整实现,涵盖 6 种匹配算法,并解决匹配结果定位的核心问题,新手可直接复用。
核心代码实现
python
import cv2 as cv
import numpy as np
# 1. 读取模板和待匹配图像并校验
tpl = cv.imread('.\image\15.bmp') # 模板图像
target = cv.imread('.\image\16.bmp') # 待匹配图像
if tpl is None or target is None:
print('图像读取失败,请检查路径')
exit()
# 显示模板和待匹配图像
cv.namedWindow('tpl', cv.WINDOW_NORMAL)
cv.resizeWindow('tpl', 600, 600)
cv.imshow('tpl', tpl)
cv.imshow('target', target)
# 2. 定义6种模板匹配算法
TM_SQDIFF = cv.TM_SQDIFF # 平方差匹配:0最好,1最次
TM_SQDIFF_NORMED = cv.TM_SQDIFF_NORMED # 归一化平方差匹配
TM_CCORR = cv.TM_CCORR # 相关性匹配:1最好,0最次
TM_CCORR_NORMED = cv.TM_CCORR_NORMED # 归一化相关性匹配
TM_CCOEFF = cv.TM_CCOEFF # 相关系数匹配:1最好,0最次
TM_CCOEFF_NORMED = cv.TM_CCOEFF_NORMED # 归一化相关系数匹配
# 选择使用的匹配算法(推荐归一化算法,鲁棒性更强)
use_method = TM_CCOEFF_NORMED
# 3. 执行模板匹配(注意参数顺序:待匹配图像在前,模板在后)
result = cv.matchTemplate(target, tpl, use_method)
# 归一化匹配结果(便于统一分析)
cv.normalize(result, result, 0, 1, cv.NORM_MINMAX, -1)
# 4. 获取匹配结果的极值点(定位最佳匹配区域)
min_val, max_val, min_loc, max_loc = cv.minMaxLoc(result)
# 5. 根据算法类型确定最佳匹配位置
tpl_h, tpl_w = tpl.shape[:2] # 获取模板的高和宽
if use_method in [TM_SQDIFF, TM_SQDIFF_NORMED]:
# 平方差类算法:最小值为最佳匹配
best_loc = min_loc
else:
# 相关性/相关系数类算法:最大值为最佳匹配
best_loc = max_loc
# 6. 绘制匹配框(在待匹配图像上标注结果)
bottom_right = (best_loc[0] + tpl_w, best_loc[1] + tpl_h)
cv.rectangle(target, best_loc, bottom_right, (0, 255, 0), 2)
# 7. 显示匹配结果
cv.namedWindow('result', cv.WINDOW_NORMAL)
cv.resizeWindow('result', 600, 600)
cv.imshow('result', target)
cv.waitKeyEx(0)
cv.destroyAllWindows()
关键知识点解析
1. 6 种匹配算法分类
| 算法类型 | 核心特点 | 最佳匹配判定 | 推荐度 |
|---|---|---|---|
| 平方差类(SQDIFF/SQDIFF_NORMED) | 计算像素差值平方和 | 数值越小匹配度越高 | 🌟🌟(归一化版更优) |
| 相关性类(CCORR/CCORR_NORMED) | 计算像素相关性 | 数值越大匹配度越高 | 🌟🌟(易受亮度影响) |
| 相关系数类(CCOEFF/CCOEFF_NORMED) | 去除均值后的相关性 | 数值越大匹配度越高 | 🌟🌟🌟(鲁棒性最强) |
2. 核心避坑点
- 参数顺序 :
cv.matchTemplate(target, tpl, method)必须是「待匹配图像在前,模板在后」,原代码顺序颠倒会导致匹配失败; - 匹配框尺寸 :匹配框的宽高应取模板图像 的尺寸(
tpl_w/tpl_h),而非待匹配图像; - 归一化优势:归一化算法(带_NORMED 后缀)不受图像尺寸、亮度缩放影响,实际项目优先使用。
3. 核心步骤拆解
- 读取模板 / 待匹配图像,做好空值校验;
- 选择匹配算法(优先归一化相关系数);
- 执行模板匹配并归一化结果;
- 根据算法类型获取最佳匹配位置(最小 / 最大值);
- 绘制矩形框标注匹配区域。
总结
- 模板匹配核心是选择合适算法:优先使用
TM_CCOEFF_NORMED(归一化相关系数),鲁棒性最强; - 注意
matchTemplate参数顺序(待匹配图在前)和匹配框尺寸(取模板尺寸); - 平方差类算法看最小值,相关性 / 相关系数类看最大值,是定位最佳匹配的关键。