用C语言写一个多目标多角度模板匹配程序，不依赖第三方库

多目标多角度模板匹配是一种较为复杂的计算机视觉算法，需要大量的图像处理和计算。下面是一个简单的示例程序，它可以实现多目标多角度模板匹配的功能，并且不依赖于第三方库。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>

#define PI 3.1415926

// 定义图像大小
#define IMAGE_WIDTH 640
#define IMAGE_HEIGHT 480

// 定义模板大小
#define TEMPLATE_WIDTH 40
#define TEMPLATE_HEIGHT 40

// 定义模板数和角度数
#define TEMPLATE_NUM 3
#define ANGLE_NUM 4

// 声明函数
void readImage(unsigned char *image, const char *fileName);
void writeImage(unsigned char *image, const char *fileName);
void drawRectangle(unsigned char *image, int x, int y, int w, int h, int color);
void drawCross(unsigned char *image, int x, int y, int size, int color);
void createTemplate(unsigned char *image, int num, int angle);
void matchTemplate(unsigned char *image, unsigned char *templateImage, int *x, int *y, double *score);

int main(int argc, char **argv) {
    unsigned char *image = (unsigned char *)malloc(IMAGE_WIDTH * IMAGE_HEIGHT * sizeof(unsigned char));
    unsigned char *templateImage = (unsigned char *)malloc(TEMPLATE_WIDTH * TEMPLATE_HEIGHT * sizeof(unsigned char));

    // 读取图像
    readImage(image, "input.bmp");

    // 循环创建模板
    for (int i = 0; i < TEMPLATE_NUM; i++) {
        for (int j = 0; j < ANGLE_NUM; j++) {
            // 创建模板
            createTemplate(templateImage, i, j);

            // 匹配模板
            int x, y;
            double score;
            matchTemplate(image, templateImage, &x, &y, &score);

            // 绘制匹配结果
            drawRectangle(image, x, y, TEMPLATE_WIDTH, TEMPLATE_HEIGHT, 255);
            drawCross(image, x + TEMPLATE_WIDTH / 2, y + TEMPLATE_HEIGHT / 2, 10, 255);
            printf("Template %d, Angle %d, Position (%d, %d), Score %f\n", i, j, x, y, score);
        }
    }

    // 保存结果
    writeImage(image, "output.bmp");

    free(image);
    free(templateImage);
    return 0;
}

// 读取图像
void readImage(unsigned char *image, const char *fileName) {
    FILE *fp = fopen(fileName, "rb");
    fread(image, IMAGE_WIDTH * IMAGE_HEIGHT, 1, fp);
    fclose(fp);
}

// 保存图像
void writeImage(unsigned char *image, const char *fileName) {
    FILE *fp = fopen(fileName, "wb");
    fwrite(image, IMAGE_WIDTH * IMAGE_HEIGHT, 1, fp);
    fclose(fp);
}

// 绘制矩形
void drawRectangle(unsigned char *image, int x, int y, int w, int h, int color) {
    for (int i = y; i < y + h; i++) {
        for (int j = x; j < x + w; j++) {
            image[i * IMAGE_WIDTH + j] = color;
        }
    }
}

// 绘制十字
void drawCross(unsigned char *image, int x, int y, int size, int color) {
    for (int i = y - size / 2; i < y + size / 2; i++) {
        image[i * IMAGE_WIDTH + x] = color;
    }
    for (int i = x - size / 2; i < x + size / 2; i++) {
        image[y * IMAGE_WIDTH + i] = color;
    }
}

// 创建模板
void createTemplate(unsigned char *image, int num, int angle) {
    // 初始化模板
    for (int i = 0; i < TEMPLATE_WIDTH * TEMPLATE_HEIGHT; i++) {
        image[i] = 0;
    }

    // 绘制模板
    int cx = TEMPLATE_WIDTH / 2;
    int cy = TEMPLATE_HEIGHT / 2;
    int r = TEMPLATE_WIDTH / 4;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        double theta = (double)i * PI / 2.0 + (double)angle * PI / 4.0;
        int x = cx + r * cos(theta);
        int y = cy + r * sin(theta);
        drawRectangle(image, x - r / 2, y - r / 2, r, r, 255);
    }
}

// 匹配模板
void matchTemplate(unsigned char *image, unsigned char *templateImage, int *x, int *y, double *score) {
    // 初始化匹配结果
    *x = 0;
    *y = 0;
    *score = -1.0;

    // 循环匹配
    for (int i = 0; i < IMAGE_HEIGHT - TEMPLATE_HEIGHT; i++) {
        for (int j = 0; j < IMAGE_WIDTH - TEMPLATE_WIDTH; j++) {
            double sum = 0.0;
            double sum2 = 0.0;
            for (int k = 0; k < TEMPLATE_HEIGHT; k++) {
                for (int l = 0; l < TEMPLATE_WIDTH; l++) {
                    int index1 = (i + k) * IMAGE_WIDTH + j + l;
                    int index2 = k * TEMPLATE_WIDTH + l;
                    sum += (double)image[index1] * (double)templateImage[index2];
                    sum2 += (double)image[index1] * (double)image[index1];
                }
            }
            double tempScore = sum / sqrt(sum2);
            if (tempScore > *score) {
                *x = j;
                *y = i;
                *score = tempScore;
            }
        }
    }
}

这个程序实现了一个简单的多目标多角度模板匹配算法，其中主要函数包括：

- `readImage`：读取图像文件；
- `writeImage`：保存图像文件；
- `drawRectangle`：绘制矩形框；
- `drawCross`：绘制十字线；
- `createTemplate`：创建模板；
- `matchTemplate`：匹配模板。

在程序中，我们首先读取输入图像，然后循环创建模板，并进行模板匹配。对于每个匹配结果，我们绘制矩形框和十字线，并输出匹配结果的位置和得分。最后，我们保存匹配结果图像。需要注意的是，这个程序仅仅是一个示例，实际应用中可能需要根据具体需求进行修改和优化。