图片相似度判断

Posted 2023-03-15

参考技术A 1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/68215900
为了得到两张相似的图片，在这里通过以下几种简单的计算方式来计算图片的相似度：
直方图计算图片的相似度
通过哈希值，汉明距离计算
通过图片的余弦距离计算
通过图片结构度量计算

二、哈希算法计算图片的相似度
图像指纹：

图像指纹和人的指纹一样，是身份的象征，而图像指纹简单点来讲，就是将图像按照一定的哈希算法，经过运算后得出的一组二进制数字。

汉明距离：

假如一组二进制数据为101，另外一组为111，那么显然把第一组的第二位数据0改成1就可以变成第二组数据111，所以两组数据的汉明距离就为1。简单点说，汉明距离就是一组二进制数据变成另一组数据所需的步骤数，显然，这个数值可以衡量两张图片的差异，汉明距离越小，则代表相似度越高。汉明距离为0，即代表两张图片完全一样。

感知哈希算法是一类算法的总称，包括aHash、pHash、dHash。顾名思义，感知哈希不是以严格的方式计算Hash值，而是以更加相对的方式计算哈希值，因为“相似”与否，就是一种相对的判定。

几种hash值的比较：

aHash：平均值哈希。速度比较快，但是常常不太精确。
pHash：感知哈希。精确度比较高，但是速度方面较差一些。
dHash：差异值哈希。精确度较高，且速度也非常快

该算法是基于比较灰度图每个像素与平均值来实现。

aHash的hanming距离步骤：

先将图片压缩成8*8的小图
将图片转化为灰度图
计算图片的Hash值，这里的hash值是64位，或者是32位01字符串
将上面的hash值转换为16位的
通过hash值来计算汉明距离

def ahash(image):
# 将图片缩放为8*8的
image = cv2.resize(image, (8, 8), interpolation=cv2.INTER_CUBIC)
# 将图片转化为灰度图
gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_RGB2GRAY)
# s为像素和初始灰度值，hash_str为哈希值初始值
s = 0
# 遍历像素累加和
for i in range(8):
for j in range(8):
s = s + gray[i, j]
# 计算像素平均值
avg = s / 64
# 灰度大于平均值为1相反为0，得到图片的平均哈希值，此时得到的hash值为64位的01字符串
ahash_str = ''
for i in range(8):
for j in range(8):
if gray[i, j] > avg:
ahash_str = ahash_str + '1'
else:
ahash_str = ahash_str + '0'
result = ''
for i in range(0, 64, 4):
result += ''.join('%x' % int(ahash_str[i: i + 4], 2))
# print("ahash值：",result)
return result
2.感知哈希算法（pHash）：

均值哈希虽然简单，但是受均值影响大。如果对图像进行伽马校正或者进行直方图均值化都会影响均值，从而影响哈希值的计算。所以就有人提出更健壮的方法，通过离散余弦（DCT）进行低频提取。

离散余弦变换（DCT）是种图像压缩算法，它将图像从像素域变换到频率域。然后一般图像都存在很多冗余和相关性的，所以转换到频率域之后，只有很少的一部分频率分量的系数才不为0，大部分系数都为0（或者说接近于0）。Phash哈希算法过于严格，不够精确，更适合搜索缩略图，为了获得更精确的结果可以选择感知哈希算法，它采用的是DCT（离散余弦变换）来降低频率的方法。

pHash的hanming距离步骤：

缩小图片：32 * 32是一个较好的大小，这样方便DCT计算转化为灰度图
计算DCT：利用Opencv中提供的dct()方法，注意输入的图像必须是32位浮点型，所以先利用numpy中的float32进行转换
缩小DCT：DCT计算后的矩阵是32 * 32，保留左上角的8 * 8，这些代表的图片的最低频率
计算平均值：计算缩小DCT后的所有像素点的平均值。
进一步减小DCT：大于平均值记录为1，反之记录为0.
得到信息指纹：组合64个信息位，顺序随意保持一致性。
最后比对两张图片的指纹，获得汉明距离即可。

def phash(path):
# 加载并调整图片为32*32的灰度图片
img = cv2.imread(path)
img1 = cv2.resize(img, (32, 32),cv2.COLOR_RGB2GRAY)
​
# 创建二维列表
h, w = img.shape[:2]
vis0 = np.zeros((h, w), np.float32)
vis0[:h, :w] = img1
​
# DCT二维变换
# 离散余弦变换，得到dct系数矩阵
img_dct = cv2.dct(cv2.dct(vis0))
img_dct.resize(8,8)
# 把list变成一维list
img_list = np.array().flatten(img_dct.tolist())
# 计算均值
img_mean = cv2.mean(img_list)
avg_list = ['0' if i<img_mean else '1' for i in img_list]
return ''.join(['%x' % int(''.join(avg_list[x:x+4]),2) for x in range(0,64,4)])

相比pHash，dHash的速度要快的多，相比aHash，dHash在效率几乎相同的情况下的效果要更好，它是基于渐变实现的。

dHash的hanming距离步骤：

先将图片压缩成9*8的小图，有72个像素点
将图片转化为灰度图
计算差异值：dHash算法工作在相邻像素之间，这样每行9个像素之间产生了8个不同的差异，一共8行，则产生了64个差异值，或者是32位01字符串。
获得指纹：如果左边的像素比右边的更亮，则记录为1，否则为0.
通过hash值来计算汉明距离

def dhash(image):
# 将图片转化为8*8
image = cv2.resize(image, (9, 8), interpolation=cv2.INTER_CUBIC)
# 将图片转化为灰度图
gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_RGB2GRAY)
dhash_str = ''
for i in range(8):
for j in range(8):
if gray[i, j] > gray[i, j + 1]:
dhash_str = dhash_str + '1'
else:
dhash_str = dhash_str + '0'
result = ''
for i in range(0, 64, 4):
result += ''.join('%x' % int(dhash_str[i: i + 4], 2))
# print("dhash值",result)
return result

def campHash(hash1, hash2):
n = 0
# hash长度不同返回-1,此时不能比较
if len(hash1) != len(hash2):
return -1
# 如果hash长度相同遍历长度
for i in range(len(hash1)):
if hash1[i] != hash2[i]:
n = n + 1
return n