模板匹配入门实践:opencv+python识别PDB板

任务要求：

基于模板匹配算法识别PCB板型号

使用工具：

Python3、OpenCV

使用模板匹配算法，模板匹配是一种最原始、最基本的模式识别方法，研究某一特定对象物的图案位于图像的什么地方，进而识别对象物，模板匹配具有自身的局限性，主要表现在它只能进行平行移动，即原图像中的匹配目标不能发生旋转或大小变化。

事先准备好待检测PCB与其对应的模板：

子模版：

基本流程如下：

1、在整个图像区域发现与给定子图像匹配的小块区域

2、选取模板图像T（给定的子图像）

3、另外需要一个待检测的图像——源图像S

4、工作方法：在检测图像上，从左到右，从上到下计算模板图像与重叠， 子图像的匹配度，匹配程度越大，两者相同的可能性就越大。

OpenCV为我们提供了6种模板匹配算法：

平方差匹配法CV_TM_SQDIFF

归一化平方差匹配法CV_TM_SQDIFF_NORMED

相关匹配法CV_TM_CCORR

归一化相关匹配法CV_TM_CCORR_NORMED

相关系数匹配法CV_TM_CCOEFF

归一化相关系数匹配法CV_TM_CCOEFF_NORMED

后面经过实验，我们主要是从以上的六种中选择了归一化相关系数匹配法CV_TM_CCOEFF_NORMED，基本原理公式为：

代码部分展示：

import cv2

import numpy as np

from matplotlib import pyplot as plt

#读取检测图像
img = cv2.imread('img8.bmp', 0)

#读取模板图像
template1=cv2.imread('moban1.bmp', 0)

template2=......

#建立模板列表
template=[template1,template2,template3,template4]

# 模板匹配：归一化相关系数匹配方法
res1=cv2.matchTemplate(img, template1, cv2.TM_CCOEFF_NORMED)

res2=cv2.matchTemplate(......)

#提取相关系数
min_val1, max_val1, min_loc1, max_loc1 =cv2.minMaxLoc(res1)

min_val2, ......

#相关系数对比（max_val),越接近1，匹配程度越高
max_val=[1-max_val1,1-max_val2,1-max_val3,1-max_val4]

j=max_val.index(min(max_val))

#根据提取的相关系数得出对应匹配程度最高的模板
h, w = template[j].shape[:2]    # 计算模板图像的高和宽 rows->h, cols->w

pes=cv2.matchTemplate(img, template[j], cv2.TM_CCOEFF_NORMED) #模板匹配

in_val, ax_val, in_loc, ax_loc =cv2.minMaxLoc(pes)

#在原图中框出模板匹配的位置
left_top = ax_loc   # 左上角

right_bottom = (left_top[0] + w, left_top[1] + h)   # 右下角

cv2.rectangle(img, left_top, right_bottom, 255, 2)  # 画出矩形位置

#绘制模板图像
plt.subplot(121), plt.imshow(template[j], cmap='gray')

plt.title('pcb type'),plt.xticks([]), plt.yticks([])

#绘制检测图像
plt.subplot(122), plt.imshow(img, cmap='gray')

plt.title('img'), plt.xticks([]), plt.yticks([])

plt.show()

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