图像处理装置和图像匹配方法与流程

本发明涉及图像处理装置和图像匹配方法。

背景技术：

在现有技术的诸如指纹匹配、人脸匹配等的图像匹配方法中，通过计算输入图像和模板图像的相关系数，例如在相关系数大于阈值时能够判定为输入图像与模板图像匹配。此外，在计算输入图像与模板图像的相关系数时，为了应对位置偏移和方向偏转导致的匹配错误的情况，需要计算在各个位置偏移和各个方向偏转的情况下的相关系数，从而计算量和存储量进一步增大。

具体地，在计算输入图像和模板图像的相关系数时，为了减少计算量和存储量，将输入图像变换(缩放)为数据量相对少的中间图像，并计算中间图像与模板图像的相关系数。但是，随着中间图像的数据量的降低，匹配精度也会下降。

技术实现要素：

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供一种图像处理装置和图像匹配方法，能够降低图像匹配处理的计算量和存储量，同时保证图像匹配的准确度。

根据本发明的一个方面，提供一种图像处理装置。所述图像处理装置包括：变换单元，对输入图像进行变换，生成第一特征图和数据量相对于第一特征图大的第二特征图；第一搜索单元，将第一搜索参数分别设定为多个预定参数，基于所设定的第一搜索参数和第一特征图来生成第一中间特征图，计算所生成的第一中间特征图与所述模板图像之间的第一相关系数，其中所述第一相关系数与预定参数相对应；第二搜索单元，基于与多个预定参数分别对应的多个第一相关系数，确定第二搜索参数的取值范围，并且在第二搜索参数的取值范围内分别设定所述第二搜索参数，基于所设定的第二搜索参数和第二特征图来生成第二中间特征图，计算所生成的第二中间特征图与所 述模板图像之间的第二相关系数；判定单元，在计算出的第二相关系数满足预定条件的情况下，判定为所述输入图像与所述模板图像匹配，在基于在第二搜索参数的取值范围内设定的所有第二搜索参数和第二特征图生成的所有第二中间特征图、与所述模板图像之间的第二相关系数都不满足预定条件的情况下，判定为所述输入图像与所述模板图像不匹配。

根据本发明的另一方面，提供一种图像匹配方法。所述图像匹配方法包括：对输入图像进行变换，生成第一特征图和数据量相对于第一特征图大的第二特征图；将第一搜索参数分别设定为多个预定参数，基于所设定的第一搜索参数和第一特征图来生成第一中间特征图，计算所生成的第一中间特征图与所述模板图像之间的第一相关系数，其中所述第一相关系数与预定参数相对应；基于与多个预定参数分别对应的多个第一相关系数，确定第二搜索参数的取值范围；在第二搜索参数的取值范围内分别设定所述第二搜索参数，基于所设定的第二搜索参数和第二特征图来生成第二中间特征图，计算所生成的第二中间特征图与所述模板图像之间的第二相关系数；在计算出的第二相关系数满足预定条件的情况下，判定为所述输入图像与所述模板图像匹配；在基于在第二搜索参数的取值范围内设定的所有第二搜索参数和第二特征图生成的所有第二中间特征图、与所述模板图像之间的第二相关系数都不满足预定条件的情况下，判定为所述输入图像与所述模板图像不匹配。

根据本发明的图像处理装置和图像匹配方法，在第一次搜索时计算数据量相对小的第一特征图与模板图像的相关系数，并且利用计算出的相关系数来确定第二次搜索时的参数取值范围，由此在第二次搜索时能够仅在参数取值范围内计算数据量相对大的第二特征图与模板图像的相关系数即可。因此，通过本发明的图像处理装置和图像匹配方法，能够将图像匹配的准确度保持于在利用第二特征图来进行图像匹配时的准确度，同时能够降低计算量。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的图像处理装置的功能框图。

图2是表示本发明的实施方式的图像匹配方法的流程图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。提供以下参照附图的描述， 以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。

下面，参照图1来说明本发明的实施方式的图像处理装置。图1是表示本发明的实施方式的图像处理装置的功能框图。

如图1所示，图像处理装置1包括变换单元11、第一搜索单元12、第二搜索单元13和判定单元14。其中，图像处理装置1例如为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、指纹识别装置、人脸识别装置等的图像处理装置，只要具备对图像数据进行处理的能力即可。

变换单元11对输入图像进行变换，生成第一特征图和数据量相对于第一特征图大的第二特征图。

其中，输入图像可以是由图像处理装置1本身通过采集模块采集的图像，也可以是从其他的装置接收的图像。此外，关于输入图像的内容，与图像处理装置1所应用的领域相关，例如，若图像处理装置1应用来进行指纹识别，则输入图像是指纹图像，若图像处理装置1应用来进行人脸识别，则输入图像是人脸图像。

具体地，变换单元11对输入图像例如进行小波变换和缩小变换，从而生成第二特征图，然后再次对输入图像例如进行小波变换和缩小变换，从而生成第一特征图。其中，生成第一特征图时的缩小变换和生成第二特征图时的缩小变换不同，从而第二特征图的数据量大于第一特征图。例如，变换单元11将1024*1024像素的输入图像进行小波变换和缩小变换，生成64*64像素的第二特征图，并且将1024*1024像素的输入图像进行小波变换和缩小变换，生成32*32像素的第二特征图。在生成第一特征图时，变换单元11也可以对生成后的第二特征图例如进行小波变换和缩小变换，从而生成第一特征图。

优选地，变换单元11以不同的变换参数对输入图像或第二特征图进行变换，从而生成与不同的变换参数对应的至少两个第一特征图。具体地，变换单元对输入图像或第二特征图进行小波变换和缩小变换，生成第一特征图。例如，在进行小波变换时，利用不同角度的窗函数对输入图像或第二特征图进行小波变换，然后再进行缩小变换，从而生成分别与不同角度对应的多个 第一特征图。在具体例中，变换单元11分别以0度、30度、60度、90度、120度、150度的窗函数，对输入图像或第二特征图进行小波变换，然后再进行缩小变换，从而生成分别与上述角度对应的6张第一特征图。由此，在后续的处理中利用第一特征图来进行第一搜索时，能够提高第一搜索的准确度，进而能够更加准确地设定第二搜索参数的取值范围。

此外，优选地，变换单元11对输入图像进行滤波，生成一张滤波后的输入图像，并且对滤波后的输入图像进行变换，生成第一特征图和数据量相对于第一特征图大的第二特征图。具体地，变换单元11在进行生成第一特征图和第二特征图的处理之前，对输入图像进行例如小波滤波的预处理，从而消除原始的输入图像中的噪声。由此，能够事先消除噪声对图像匹配处理过程中的干扰，提高图像匹配的准确率。然后，变换单元11利用滤波后的输入图像来生成第一特征图和第二特征图。

在上述的变换处理和滤波处理中，以小波变换、小波滤波为例进行了具体的说明，但是本发明不限定于此，也可以进行其他的例如DCT变换、均值滤波等的处理。只要生成后的第一特征图和第二特征图能够良好地展现输入图像的特征即可。

第一搜索单元12将第一搜索参数分别设定为多个预定参数，基于所设定的第一搜索参数和第一特征图来生成第一中间特征图，计算所生成的第一中间特征图与所述模板图像之间的第一相关系数。其中第一相关系数与预定参数相对应。

其中，预定参数例如表示位置偏移量。在由第一搜索单元12进行的第一搜索处理中，例如将第一搜索参数分别设定为不同的多个位置偏移量。具体地，位置偏移量由第一中间特征图的中心点在第一特征图中的对应的行数和列数表示。其中多个位置偏移量能够预先设定为(1行、1列)、(1行、3列)、(1行、5列)……(15行、15列)等等。此外，上述预先设定的多个位置偏移量只是一例，可以根据需要设定其他的位置偏移量。此外，预定参数例如也可以表示方向旋转量。此时，在由第一搜索单元12进行的第一搜索处理中，例如将第一搜索参数分别设定为不同的多个方向旋转量。其中，多个方向旋转量能够预先设定为-40度、-30度、-20度、……、40度等等。此外，上述预先设定的多个方向旋转量只是一例，可以根据需要设定其他的方向旋转量。此外，预定参数例如也可以同时表示位置偏移量和方向旋转量，进而 也可以根据需要表示其他的参数。

下面，以预定参数同时表示位置偏移量和方向旋转量为例，展开后续的说明。此时，第一搜索参数分别被设定为上述多个位置偏移量和上述多个方向旋转量的不同组合。

具体地，在第一搜索参数被设定为某个位置偏移量和某个方向旋转量之后，基于所设定的第一搜索参数和第一特征图来生成第一中间特征图，并且计算所生成的第一中间特征图与所述模板图像之间的第一相关系数。此时，计算出的第一相关系数与该某个位置偏移量和该某个方向旋转量相关。然后，再将第一搜索参数设定为位置偏移量和方向旋转量的其他的组合，重复上述的处理，从而计算出与该位置偏移量和方向旋转量的其他的组合相关的第一相关系数。重复上述的处理，直到位置偏移量和方向旋转量的所有的组合都曾被设定给第一搜索参数，由此能够计算出与位置偏移量和方向旋转量的所有组合分别对应的第一相关系数。

在第一搜索参数被设定为位置偏移量(a行、b列)和方向旋转量z度之后，第一搜索单元12基于所设定的第一搜索参数(即，位置偏移量(a行、b列)和方向旋转量z度)，利用第一特征图来生成第一中间特征图。在具体的处理中，例如16*16像素的第一特征图由包括16*16元素的矩阵表示。

具体地，表示所生成的第一中间特征图的矩阵B的元素与表示第一特征图的矩阵A的元素之间的关系如下。矩阵B的第一行第一列的元素为，矩阵A的第x行第y列的元素。其中，在z小于等于0的情况下，x＝a-(cosz°-sinz°)*d/2，y＝b-(cosz°-sinz°)*d/2。此外，在z大于0的情况下，x＝a+(cosz°+sinz°)*d/2，y＝b+(cosz°-sinz°)*d/2。在第一特征图为16*16像素的情况下，d＝16。矩阵B的第一行第二列的元素为，矩阵A的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素。矩阵B的第一行第三列的元素为，矩阵A的第(x-2*sinz°)行第(y+2*cosz°)列的元素。此外，矩阵B的第二行第一列的元素为，矩阵A的第(x+cosz°)行第(y+sinz°)列的元素。矩阵B的第三行第一列的元素为，矩阵A的第(x+cosz°+cosz°)行第(y+sinz°+sinz°)列的元素。矩阵B的第二行第二列的元素为，矩阵A的第(x+cosz°-sinz°)行第(y+sinz°+cosz°)列的元素。即，矩阵B的第n行第m列的元素为，矩阵A的第(x-(m-1)*sinz°+(n-1)*cosz°)行第(y+(m-1)cosz°+(n-1)*sinz°)列的元素。如此，能够计算出矩阵B的所有元素的值。

此外，在上述的计算矩阵B的元素值的处理中，例如计算出的行数或列数(x-(m-1)*sinz°+(n-1)*cosz°)、(y+(m-1)cosz°+(n-1)*sinz°)不是整数的情况下，对其例如进行四舍五入，从而得到整数值的行数和列数。

优选地，第一搜索单元12基于所设定的第一搜索参数确定在第一特征图中的像素，并且仅利用所确定的像素的值，生成第一中间特征图。

具体地，在第一搜索单元12基于所设定的第一搜索参数(即，位置偏移量(a行、b列)和方向旋转量z度)利用第一特征图来生成第一中间特征图时，如上所述，根据表示第一特征图的矩阵A的元素来计算表示所生成的第一中间特征图的矩阵B的元素。在计算矩阵A中的行数或列数时，会出现超出矩阵A的行数或列数的情况。例如，在矩阵A为16*16的矩阵的情况下，若计算出的行数或列数超过16或小于1，则将矩阵B中的对应元素的值直接设定为空值。相对应地，在第一搜索参数被设定为具体的预定参数时，在利用矩阵A来生成矩阵B时，在第一特征图的矩阵中存在不会被利用来生成第一中间特征图的矩阵的元素，因此在具体的处理过程中，通过不读取该不会被利用来生成第一中间特征图的矩阵的元素，在相关系数的计算中也不会利用该元素，从而能够减少计算量。由于第一特征图的矩阵的元素对应于像素，因此第一搜索单元12基于所设定的第一搜索参数确定在第一特征图中的像素，并且仅利用所确定的像素的值，生成第一中间特征图。

此外，上述的基于所设定的第一搜索参数(即，位置偏移量(a行、b列)和方向旋转量z度)利用第一特征图来生成第一中间特征图的处理仅仅是一例，也可以采用其他的方法来生成第一中间特征图，例如为了提高与模板图像之间的第一相关系数的计算精度，也可以进行适当的变换处理。

此外，如上所述，变换单元11以不同的变换参数对输入图像或第二特征图进行变换，从而生成与不同的变换参数对应的至少两个第一特征图的情况下，第一搜索单元12在生成第一中间特征图时，利用至少两个第一特征图来生成第一中间特征图。具体地，假设生成了6个第一特征图，表示该6个第一特征图的矩阵为A1～A6。例如，基于所设定的第一搜索参数(即，位置偏移量(a行、b列)和方向旋转量z度)来生成第一中间特征图时，如上所述，确定表示第一特征图的矩阵中的行数和列数，然后在表示6个第一特征图的6个矩阵中分别读取对应的行和列的元素的值，并且对所读取的6个元素的值例如进行加权平均，从而计算出表示第一中间特征图的矩阵B的元素的值。 具体地，矩阵B的第一行第二列的元素为，对矩阵A1的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A2的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A3的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A4的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A5的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A6的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素进行加权平均后的值。通过计算如此生成的第一中间特征图与模板图像的第一相关系数，能够提高第一相关系数的准确度，进而能够更加准确地设定第二搜索参数的取值范围。

第一搜索单元12在生成了第一中间特征图之后，计算所生成的第一中间特征图与所述模板图像之间的第一相关系数。该计算第一中间特征图与模板图像的第一相关系数的处理，能够采用现有技术中的方法来进行，在此不展开进行说明。

其中，用来与第一中间特征图生成第一相关系数的模板图像，优选为与第一中间特征图相同像素的模板图像。从而，能够降低在计算第一相关系数时的计算量。此外，优选为，用来与第一中间特征图生成第一相关系数的模板图像是，通过对注册图像进行与用于生成第一特征图的变换处理相同的处理，从而生成该模板图像。由此，能够提高计算出的第一相关系数的可信度。

此外，上述说明的生成第一中间特征图的处理和计算第一相关系数的处理也可以并行执行。具体地，在生成了表示第一中间特征图的矩阵的某个元素之后，利用该生成的矩阵中的元素来进行计算第一相关系数的处理。由此，能够节省计算出第一相关系数所需的时间，提高图像匹配的效率。

通过上述处理，第一搜索单元12计算出与多个预定参数分别对应的多个第一相关系数。具体地，第一搜索单元12计算出与位置偏移量和方向旋转量的所有组合分别对应的第一相关系数。

第二搜索单元13基于由第一搜索单元计算出的多个第一相关系数，确定第二搜索参数的取值范围。

具体地，第二搜索单元13比较第一相关系数的大小，并根据第一相关系数的大小来确定在第二搜索处理中第二搜索参数的取值范围。其中，对第二搜索参数设定的参数所表示的内容与第一搜索参数相同。例如，对第一搜索参数设定的预定参数表示位置偏移量和方向旋转量的情况下，对第二搜索参数设定的参数也表示位置偏移量和方向旋转量。

优选为，在与多个预定参数分别对应的第一相关系数中，确定与取值最大的第一相关系数对应的预定参数，并且基于与取值最大的第一相关系数对应的预定参数，确定第二搜索参数的取值范围。

例如，在由第一搜索单元12计算出的多个第一相关系数中，与位置偏移量(3行，4列)和方向旋转量30度对应的第一相关系数的值最大的情况下，根据该预定参数(3行、4列、方向旋转量30度)来确定第二搜索参数的取值范围。具体地，例如将第二搜索参数的取值范围确定为2-4行、3-5列、方向旋转量21-39度。

此外，也可以通过其他的方法来确定第二搜索参数的取值范围。例如，确定与取值最大的第一相关系数对应的预定参数、以及与取值第二大的第一相关系数对应的预定参数，并且基于与取值最大的第一相关系数对应的预定参数、以及与取值第二大的第一相关系数对应的预定参数，确定第二搜索参数的取值范围。由此，虽然第二搜索处理的计算量会提高，但相应地能够提高图像匹配的准确度。

在确定了第二搜索参数的取值范围之后，第二搜索单元13在第二搜索参数的取值范围内分别设定第二搜索参数，基于所设定的第二搜索参数和第二特征图来生成第二中间特征图，计算所生成的第二中间特征图与所述模板图像之间的第二相关系数。

具体地，第二搜索单元13依次将第二搜索参数设定为取值范围内的某个位置偏移量和某个方向旋转量之后，基于所设定的第二搜索参数和第二特征图来生成第二中间特征图，并且计算所生成的第二中间特征图与所述模板图像之间的第二相关系数。若通过后述的判定单元14的处理而判断为计算出的第二相关系数不满足预定条件，则再将第二搜索参数设定为位置偏移量和方向旋转量的其他的组合(当然在取值范围内设定)，重复上述的处理，从而计算出第二相关系数。

此外，在由第二搜索单元13进行的第二搜索处理中，基于所设定的第二搜索参数和第二特征图来生成第二中间特征图的处理、以及计算所生成的第二中间特征图与所述模板图像之间的第二相关系数的处理与上述的第一搜索处理相同，因此不进行重复的说明。此外，与第一搜索处理相同地，第二搜索单元13基于所设定的第二搜索参数确定在第二特征图中的像素，并且仅利用所确定的像素的值，生成第二中间特征图。此外，与第一搜索处理相同地， 也可以采用其他的方法来生成第二中间特征图，例如为了提高与模板图像之间的第一相关系数的计算精度，也可以进行适当的变换处理。

其中，用来与第二中间特征图生成第二相关系数的模板图像，优选为与第二中间特征图相同像素的模板图像。从而，能够降低在计算第二相关系数时的计算量。此外，优选为，用来与第二中间特征图生成第二相关系数的模板图像是，通过对注册图像进行与用于生成第二特征图的变换处理相同的处理，从而生成该模板图像。由此，能够提高计算出的第一相关系数的可信度。

此外，上述说明的生成第二中间特征图的处理和计算第二相关系数的处理也可以并行执行。具体地，在生成了表示第二中间特征图的矩阵的某个元素之后，利用该生成的矩阵中的元素来进行计算第二相关系数的处理。由此，能够节省计算出第二相关系数所需的时间，提高图像匹配的效率。

判定单元14在计算出的第二相关系数满足预定条件的情况下，判定为输入图像与模板图像匹配，在基于在第二搜索参数的取值范围内设定的所有第二搜索参数和第二特征图生成的所有第二中间特征图、与所述模板图像之间的第二相关系数都不满足预定条件的情况下，判定为所述输入图像与所述模板图像不匹配。

具体地，在由第二搜索单元13在某个第二搜索参数下计算出第二相关系数之后，由判定单元14判断由第二搜索单元13计算出的该第二相关系数是否满足预定条件(例如，是否大于阈值)，在该第二相关系数满足预定条件的情况下，判定单元14判定为输入图像与模板图像匹配。由此，图像匹配处理结束。当判定单元14判定为由第二搜索单元13计算出的该第二相关系数不满足预定条件时，如上所述，第二搜索单元13在第二搜索参数的取值范围内重新设定第二搜索参数，并重复上述的处理。第二搜索单元13将第二搜索参数的取值范围内的所有值都曾设定到第二搜索参数，由第二搜索单元13计算出的第二相关系数仍不满足预定条件的情况下，判定单元14能够判定为输入图像与模板图像不匹配。

根据本发明的实施方式的图像处理设备1，通过利用数据量相对小的第一特征图的第一搜索处理确定第二搜索处理的范围，因此在利用数据量相对大的第二特征图的第二搜索处理中仅在确定的范围内进行计算，因此能够降低整个图像匹配处理中的计算量，同时能够将图像匹配处理的精度维持于在全部范围内利用数据量相对大的第二特征图进行计算的水平。

下面，参照图2来说明本发明的实施方式的图像匹配方法。图2是表示本发明的实施方式的图像匹配方法的流程图。

图2所示的图像匹配方法能够应用于图1所示的图像处理设备。如图1所示，图像处理设备1包括变换单元11、第一搜索单元12、第二搜索单元13和判定单元14。

在步骤S1中，对输入图像进行变换，生成第一特征图和数据量相对于第一特征图大的第二特征图。

其中，输入图像可以是由图像处理装置1本身通过采集模块采集的图像，也可以是从其他的装置接收的图像。此外，关于输入图像的内容，与图像处理装置1所应用的领域相关，例如，若图像处理装置1应用来进行指纹识别，则输入图像是指纹图像，若图像处理装置1应用来进行人脸识别，则输入图像是人脸图像。

具体地，变换单元11对输入图像例如进行小波变换和缩小变换，从而生成第二特征图，然后再次对输入图像例如进行小波变换和缩小变换，从而生成第一特征图。其中，生成第一特征图时的缩小变换和生成第二特征图时的缩小变换不同，从而第二特征图的数据量大于第一特征图。例如，变换单元11将1024*1024像素的输入图像进行小波变换和缩小变换，生成64*64像素的第二特征图，并且将1024*1024像素的输入图像进行小波变换和缩小变换，生成32*32像素的第二特征图。在生成第一特征图时，变换单元11也可以对生成后的第二特征图例如进行小波变换和缩小变换，从而生成第一特征图。

优选地，在步骤S1中，对输入图像进行滤波，生成一张滤波后的输入图像，并且对滤波后的输入图像进行变换，生成第一特征图和数据量相对于第一特征图大的第二特征图。具体地，变换单元11在进行生成第一特征图和第二特征图的处理之前，对输入图像进行例如小波滤波的预处理，从而消除原始的输入图像中的噪声。由此，能够事先消除噪声对图像匹配处理过程中的干扰，提高图像匹配的准确率。然后，变换单元11利用滤波后的输入图像来生成第一特征图和第二特征图。

此外，优选地，在步骤S1中，以不同的变换参数对输入图像或第二特征图进行变换，从而生成与不同的变换参数对应的至少两个第一特征图。具体地，变换单元11对输入图像或第二特征图进行小波变换和缩小变换，生成第一特征图。例如，在进行小波变换时，利用不同角度的窗函数对输入图像或 第二特征图进行小波变换，然后再进行缩小变换，从而生成分别与不同角度对应的多个第一特征图。在具体例中，变换单元11分别以0度、30度、60度、90度、120度、150度的窗函数，对输入图像或第二特征图进行小波变换，然后再进行缩小变换，从而生成分别与上述角度对应的6张第一特征图。由此，在后续的处理中利用第一特征图来进行第一搜索时，能够提高第一搜索的准确度，进而能够更加准确地设定第二搜索参数的取值范围。

在上述的变换处理和滤波处理中，以小波变换、小波滤波为例进行了具体的说明，但是本发明不限定于此，也可以进行其他的例如DCT变换、均值滤波等的处理。只要生成后的第一特征图和第二特征图能够良好地展现输入图像的特征即可。

在步骤S2中，将第一搜索参数分别设定为多个预定参数，基于所设定的第一搜索参数和第一特征图来生成第一中间特征图，计算所生成的第一中间特征图与所述模板图像之间的第一相关系数，其中所述第一相关系数与预定参数相对应。

其中，预定参数例如表示位置偏移量和/或方向旋转量。在由第一搜索单元12进行的第一搜索处理中，例如将第一搜索参数分别设定为不同的多个位置偏移量和/或不同的多个方向旋转量的组合。具体地，位置偏移量由第一中间特征图的中心点在第一特征图中的对应的行数和列数表示。其中多个位置偏移量能够预先设定为(1行、1列)、(1行、3列)、(1行、5列)……(15行、15列)等等。此外，多个方向旋转量能够预先设定为-40度、-30度、-20度、……、40度等等。此外，上述预先设定的多个位置偏移量和多个方向旋转量只是一例，可以根据需要设定其他的方向旋转量。此外，预定参数例如也可以同时表示位置偏移量和方向旋转量，进而也可以根据需要表示其他的参数。

具体地，在将第一搜索参数分别被设定为上述多个位置偏移量和上述多个方向旋转量的不同组合的情况下，在第一搜索参数被设定为某个位置偏移量和某个方向旋转量之后，基于所设定的第一搜索参数和第一特征图来生成第一中间特征图，并且计算所生成的第一中间特征图与所述模板图像之间的第一相关系数。此时，计算出的第一相关系数与该某个位置偏移量和该某个方向旋转量相关。然后，再将第一搜索参数设定为位置偏移量和方向旋转量的其他的组合，重复上述的处理，从而计算出与该位置偏移量和方向旋转量 的其他的组合相关的第一相关系数。重复上述的处理，直到位置偏移量和方向旋转量的所有的组合都曾被设定给第一搜索参数，由此能够计算出与位置偏移量和方向旋转量的所有组合分别对应的第一相关系数。

在第一搜索参数被设定为位置偏移量(a行，b列)和方向旋转量z度之后，第一搜索单元12基于所设定的第一搜索参数(即，位置偏移量(a行、b列)和方向旋转量z度)，利用第一特征图来生成第一中间特征图。在具体的处理中，例如16*16像素的第一特征图由包括16*16元素的矩阵表示。

具体地，表示所生成的第一中间特征图的矩阵B的元素与表示第一特征图的矩阵A的元素之间的关系如下。矩阵B的第一行第一列的元素为，矩阵A的第x行第y列的元素。其中，在z小于等于0的情况下，x＝a-(cosz°-sinz°)*d/2，y＝b-(cosz°-sinz°)*d/2。此外，在z大于0的情况下，x＝a+(cosz°+sinz°)*d/2，y＝b+(cosz°-sinz°)*d/2。在第一特征图为16*16像素的情况下，d＝16。矩阵B的第一行第二列的元素为，矩阵A的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素。矩阵B的第一行第三列的元素为，矩阵A的第(x-2*sinz°)行第(y+2*cosz°)列的元素。此外，矩阵B的第二行第一列的元素为，矩阵A的第(x+cosz°)行第(y+sinz°)列的元素。矩阵B的第三行第一列的元素为，矩阵A的第(x+cosz°+cosz°)行第(y+sinz°+sinz°)列的元素。矩阵B的第二行第二列的元素为，矩阵A的第(x+cosz°-sinz°)行第(y+sinz°+cosz°)列的元素。即，矩阵B的第n行第m列的元素为，矩阵A的第(x-(m-1)*sinz°+(n-1)*cosz°)行第(y+(m-1)cosz°+(n-1)*sinz°)列的元素。如此，能够计算出矩阵B的所有元素的值。

此外，在上述的计算矩阵B的元素值的处理中，例如计算出的行数或列数(x-(m-1)*sinz°+(n-1)*cosz°)、(y+(m-1)cosz°+(n-1)*sinz°)不是整数的情况下，对其例如进行四舍五入，从而得到整数值的行数和列数。

此外，如上所述，在步骤S1中以不同的变换参数对输入图像或第二特征图进行变换，从而生成与不同的变换参数对应的至少两个第一特征图的情况下，在步骤S2中生成第一中间特征图时，利用至少两个第一特征图来生成第一中间特征图。具体地，假设生成了6个第一特征图，表示该6个第一特征图的矩阵为A1～A6。例如，基于所设定的第一搜索参数(即，位置偏移量(a行、b列)和方向旋转量z度)来生成第一中间特征图时，如上所述，确定表示第一特征图的矩阵中的行数和列数，然后在表示6个第一特征图的6个矩 阵中分别读取对应的行和列的元素的值，并且对所读取的6个元素的值例如进行加权平均，从而计算出表示第一中间特征图的矩阵B的元素的值。具体地，矩阵B的第一行第二列的元素为，对矩阵A1的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A2的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A3的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A4的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A5的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素、矩阵A6的第(x-sinz°)行第(y+cosz°)列的元素进行加权平均后的值。通过计算如此生成的第一中间特征图与模板图像的第一相关系数，能够提高第一相关系数的准确度，进而能够更加准确地设定第二搜索参数的取值范围。

此外，上述的基于所设定的第一搜索参数(即，位置偏移量(a行、b列)和方向旋转量z度)利用第一特征图来生成第一中间特征图的处理仅仅是一例，也可以采用其他的方法来生成第一中间特征图，例如为了提高与模板图像之间的第一相关系数的计算精度，也可以进行适当的变换处理。

优选地，在步骤S2中，基于所设定的第一搜索参数确定在第一特征图中的像素，并且仅利用所确定的像素的值，生成第一中间特征图。

具体地，在步骤S2中基于所设定的第一搜索参数(即，位置偏移量(a行、b列)和方向旋转量z度)利用第一特征图来生成第一中间特征图时，如上所述，根据表示第一特征图的矩阵A的元素来计算表示所生成的第一中间特征图的矩阵B的元素。在计算矩阵A中的行数或列数时，会出现超出矩阵A的行数或列数的情况。例如，在矩阵A为16*16的矩阵的情况下，若计算出的行数或列数超过16或小于1，则将矩阵B中的对应元素的值直接设定为空值。相对应地，在第一搜索参数被设定为具体的预定参数时，在利用矩阵A来生成矩阵B时，在第一特征图的矩阵中存在不会被利用来生成第一中间特征图的矩阵的元素，因此在具体的处理过程中，通过不读取该不会被利用来生成第一中间特征图的矩阵的元素，在相关系数的计算中也不会利用该元素，从而能够减少计算量。由于第一特征图的矩阵的元素对应于像素，因此在步骤S2中基于所设定的第一搜索参数确定在第一特征图中的像素，并且仅利用所确定的像素的值，生成第一中间特征图。

在步骤S2中，在生成了第一中间特征图之后，计算所生成的第一中间特征图与所述模板图像之间的第一相关系数。该计算第一中间特征图与模板图 像的第一相关系数的处理，能够采用现有技术中的方法来进行，在此不展开进行说明。其中，用来与第一中间特征图生成第一相关系数的模板图像，优选为与第一中间特征图相同像素的模板图像。从而，能够降低在计算第一相关系数时的计算量。此外，优选为，用来与第一中间特征图生成第一相关系数的模板图像是，通过对注册图像进行与用于生成第一特征图的变换处理相同的处理，从而生成该模板图像。由此，能够提高计算出的第一相关系数的可信度。

此外，上述说明的生成第一中间特征图的处理和计算第一相关系数的处理也可以并行执行。具体地，在生成了表示第一中间特征图的矩阵的某个元素之后，利用该生成的矩阵中的元素来进行计算第一相关系数的处理。由此，能够节省计算出第一相关系数所需的时间，提高图像匹配的效率。

通过上述处理，在步骤S2中，计算出与多个预定参数分别对应的多个第一相关系数(具体为，与位置偏移量和方向旋转量的所有组合分别对应的第一相关系数)。

在步骤S3中，基于与多个预定参数分别对应的多个第一相关系数，确定第二搜索参数的取值范围。

具体地，在步骤S3中比较在步骤S2中计算出的第一相关系数的大小，并根据第一相关系数的大小来确定在第二搜索处理中第二搜索参数的取值范围。其中，对第二搜索参数设定的参数所表示的内容与第一搜索参数相同。例如，对第一搜索参数设定的预定参数表示位置偏移量和方向旋转量的情况下，对第二搜索参数设定的参数也表示位置偏移量和方向旋转量。

优选为，在步骤S3中，在与多个预定参数分别对应的第一相关系数中，确定与取值最大的第一相关系数对应的预定参数，并且基于与取值最大的第一相关系数对应的预定参数，确定第二搜索参数的取值范围。

例如，在步骤S2中计算出的多个第一相关系数中，与位置偏移量(3行，4列)和方向旋转量30度对应的第一相关系数的值最大的情况下，根据该预定参数(3行、4列、方向旋转量30度)来确定第二搜索参数的取值范围。具体地，例如将第二搜索参数的取值范围确定为2-4行、3-5列、方向旋转量21-39度。

此外，也可以通过其他的方法来确定第二搜索参数的取值范围。例如，确定与取值最大的第一相关系数对应的预定参数、以及与取值第二大的第一 相关系数对应的预定参数，并且基于与取值最大的第一相关系数对应的预定参数、以及与取值第二大的第一相关系数对应的预定参数，确定第二搜索参数的取值范围。由此，虽然第二搜索处理的计算量会提高，但相应地能够提高图像匹配的准确度。

在步骤S4中，在第二搜索参数的取值范围内分别设定所述第二搜索参数，基于所设定的第二搜索参数和第二特征图来生成第二中间特征图，计算所生成的第二中间特征图与所述模板图像之间的第二相关系数。

具体地，在步骤S4中，依次将第二搜索参数设定为取值范围内的某个位置偏移量和某个方向旋转量之后，基于所设定的第二搜索参数和第二特征图来生成第二中间特征图，并且计算所生成的第二中间特征图与所述模板图像之间的第二相关系数。若通过后述的步骤S5的处理而判断为计算出的第二相关系数不满足预定条件，则再将第二搜索参数设定为位置偏移量和方向旋转量的其他的组合(当然在取值范围内设定)，重复上述的处理，从而计算出第二相关系数。

此外，在步骤S4的第二搜索处理中，基于所设定的第二搜索参数和第二特征图来生成第二中间特征图的处理、以及计算所生成的第二中间特征图与所述模板图像之间的第二相关系数的处理与上述的步骤S2的第一搜索处理相同，因此不进行重复的说明。此外，与第一搜索处理相同地，在步骤S4中基于所设定的第二搜索参数确定在第二特征图中的像素，并且仅利用所确定的像素的值，生成第二中间特征图。此外，与第一搜索处理相同地，也可以采用其他的方法来生成第二中间特征图，例如为了提高与模板图像之间的第一相关系数的计算精度，也可以进行适当的变换处理。

其中，用来与第二中间特征图生成第二相关系数的模板图像，优选为与第二中间特征图相同像素的模板图像。从而，能够降低在计算第二相关系数时的计算量。此外，优选为，用来与第二中间特征图生成第二相关系数的模板图像是，通过对注册图像进行与用于生成第二特征图的变换处理相同的处理，从而生成该模板图像。由此，能够提高计算出的第一相关系数的可信度。

此外，上述说明的生成第二中间特征图的处理和计算第二相关系数的处理也可以并行执行。具体地，在生成了表示第二中间特征图的矩阵的某个元素之后，利用该生成的矩阵中的元素来进行计算第二相关系数的处理。由此，能够节省计算出第二相关系数所需的时间，提高图像匹配的效率。

在步骤S5中，在计算出的第二相关系数满足预定条件的情况下，判定为输入图像与模板图像匹配。此外，在步骤S6中，在基于在第二搜索参数的取值范围内设定的所有第二搜索参数和第二特征图生成的所有第二中间特征图、与所述模板图像之间的第二相关系数都不满足预定条件的情况下，判定为所述输入图像与所述模板图像不匹配。

具体地，在步骤S4中在某个第二搜索参数下计算出第二相关系数之后，由判定单元14判断在步骤S4中计算出的该第二相关系数是否满足预定条件(例如，是否大于阈值)，在该第二相关系数满足预定条件的情况下，判定单元14判定为输入图像与模板图像匹配。由此，图像匹配处理结束。当判定单元14判定为在步骤S4中计算出的该第二相关系数不满足预定条件时，如上所述，在步骤S4中，在第二搜索参数的取值范围内重新设定第二搜索参数，并重复上述的处理。通过上述重复的处理，在步骤S4中将第二搜索参数的取值范围内的所有值都曾设定到第二搜索参数，所计算出的第二相关系数仍不满足预定条件的情况下，判定单元14能够判定为输入图像与模板图像不匹配。

根据本发明的实施方式的图像匹配方法，通过利用数据量相对小的第一特征图的第一搜索处理确定第二搜索处理的范围，因此在利用数据量相对大的第二特征图的第二搜索处理中仅在确定的范围内进行计算，因此能够降低整个图像匹配处理中的计算量，同时能够将图像匹配处理的精度维持于在全部范围内利用数据量相对大的第二特征图进行计算的水平。

本领域普通技术人员可以意识到，结合在本发明的实施方式描述的各个单元和步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现。并且软件模块可以置于任意形式的计算机存储介质中。为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在上面详细描述了本发明的各个实施方式。然而，本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施方式进行各种修改，组合或子组合，并且这样的修改应落入本发明的范围内。