OpenCV感知哈希——计算图像相似
你可以用一张图片,搜索互联网上所有与它相似的图片。
这种技术的原理是什么?计算机怎么知道两张图片相似呢?
根据Neal Krawetz博士的解释,原理非常简单易懂。我们可以用一个快速算法,就达到基本的效果。
这里的关键技术叫做"感知哈希算法"(Perceptual hash algorithm),它的作用是对每张图片生成一个"指纹"(fingerprint)字符串,然后比较不同图片的指纹。结果越接近,就说明图片越相似。
下面是一个最简单的实现:
第一步,缩小尺寸。
将图片缩小到8x8的尺寸,总共64个像素。这一步的作用是去除图片的细节,只保留结构、明暗等基本信息,摒弃不同尺寸、比例带来的图片差异。
第二步,简化色彩。
将缩小后的图片,转为64级灰度。也就是说,所有像素点总共只有64种颜色。
第三步,计算平均值。
计算所有64个像素的灰度平均值。
第四步,比较像素的灰度。
将每个像素的灰度,与平均值进行比较。大于或等于平均值,记为1;小于平均值,记为0。
第五步,计算哈希值。
将上一步的比较结果,组合在一起,就构成了一个64位的整数,这就是这张图片的指纹。组合的次序并不重要,只要保证所有图片都采用同样次序就行了。
得到指纹以后,就可以对比不同的图片,看看64位中有多少位是不一样的。在理论上,这等同于计算"汉明距离"(Hamming distance)。如果不相同的数据位不超过5,就说明两张图片很相似;如果大于10,就说明这是两张不同的图片。
具体的代码实现,可以参见Wote用python语言写的imgHash.py。代码很短,只有53行。使用的时候,第一个参数是基准图片,第二个参数是用来比较的其他图片所在的目录,返回结果是两张图片之间不相同的数据位数量(汉明距离)。
这种算法的优点是简单快速,不受图片大小缩放的影响,缺点是图片的内容不能变更。如果在图片上加几个文字,它就认不出来了。所以,它的最佳用途是根据缩略图,找出原图。
实际应用中,往往采用更强大的pHash算法和SIFT算法,它们能够识别图片的变形。只要变形程度不超过25%,它们就能匹配原图。这些算法虽然更复杂,但是原理与上面的简便算法是一样的,就是先将图片转化成Hash字符串,然后再进行比较。
参考:http://www.ruanyifeng.com/blog/2011/07/principle_of_similar_image_search.html
利用OpenCV实现:
#include <opencv2\opencv.hpp>
#include <cv.h>
#include <highgui.h>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
using namespace cv;
int PerHash(string ImageName1, string ImageName2) {
cv::Mat matSrc1, matSrc2;
matSrc1 = cv::imread(ImageName1, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
matSrc2 = cv::imread(ImageName2, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
//1.缩小尺寸
//将图片缩小到8x8的尺寸,总共64个像素。
//这一步的作用是去除图片的细节,只保留结构、明暗等基本信息,摒弃不同尺寸、比例带来的图片差异。
cv::Mat matDst1, matDst2;
cv::resize(matSrc1, matDst1, cv::Size(8, 8), 0, 0, cv::INTER_CUBIC);
cv::resize(matSrc2, matDst2, cv::Size(8, 8), 0, 0, cv::INTER_CUBIC);
//2.简化色彩
//将缩小后的图片,转为64级灰度。也就是说,所有像素点总共只有64种颜色。
cv::cvtColor(matDst1, matDst1, CV_BGR2GRAY);
cv::cvtColor(matDst2, matDst2, CV_BGR2GRAY);
//3.计算平均值
//计算所有64个像素的灰度平均值。
int iAvg1 = 0, iAvg2 = 0;
int arr1[64], arr2[64];
for (int i = 0; i < 8; i++) {
uchar* data1 = matDst1.ptr<uchar>(i);
uchar* data2 = matDst2.ptr<uchar>(i);
int tmp = i * 8;
for (int j = 0; j < 8; j++) {
int tmp1 = tmp + j;
arr1[tmp1] = data1[j] / 4 * 4;
arr2[tmp1] = data2[j] / 4 * 4;
iAvg1 += arr1[tmp1];
iAvg2 += arr2[tmp1];
}
}
iAvg1 /= 64;
iAvg2 /= 64;
//4.比较像素的灰度
//将每个像素的灰度,与平均值进行比较。大于或等于平均值,记为1;小于平均值,记为0。
for (int i = 0; i < 64; i++) {
arr1[i] = (arr1[i] >= iAvg1) ? 1 : 0;
arr2[i] = (arr2[i] >= iAvg2) ? 1 : 0;
}
//5.计算哈希值
//将上一步的比较结果,组合在一起,就构成了一个64位的整数,这就是这张图片的指纹。
//组合的次序并不重要,只要保证所有图片都采用同样次序就行了。
int iDiffNum = 0;
for (int i = 0; i < 64; i++)
if (arr1[i] != arr2[i])
++iDiffNum;
return iDiffNum;
}
int main() {
string ImageName1 = "E:\ 图片\ img1.bmp";
string ImageName2 = "E:\ 图片\ img2.bmp";
int iDiffNum = PerHash(ImageName1, ImageName2);
cout << "iDiffNum = " << iDiffNum << endl;
//得到指纹以后,就可以对比不同的图片,看看64位中有多少位是不一样的。
//在理论上,这等同于计算"汉明距离"(Hamming distance)。
//如果不相同的数据位不超过5,就说明两张图片很相似;如果大于10,就说明这是两张不同的图片。
if (iDiffNum <= 5)
cout << "two images are very similar!" << endl;
else if (iDiffNum > 10)
cout << "they are two different images!" << endl;
else
cout << "two image are somewhat similar!" << endl;
char ch = getchar();
}
测试结果如下:
选取两张相似的图像


运行结果如下:

