OpenCV 图像相似度对比算法

图像哈希:均值哈希、感知哈希、差值哈希

1、均值哈希
long aHash(const Mat &srcMat) {
    Mat dstMat;
    resize(srcMat, dstMat, Size(8, 8));
//    cvtColor(dstMat, dstMat, COLOR_BGR2GRAY);
    double iAvg = mean(dstMat)[0];
//    printf("均值哈希: %lf \n", iAvg);
    int p = 1;
    long value = 0;
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        for (int j = 0; j < 8; j++) {
            p <<= 1;
            if (dstMat.at<uchar>(i, j) >= iAvg) {
                value |= p;
            }
        }
    }
//    printf("%ld ;\n", value);
    dstMat.release();
    return value;
}
2、余玄感知哈希算法;

/**
 * 感知哈希算法
 * @param img
 */
void pHash32(cv::Mat img, bool gray,unsigned char **result) {
    cv::Mat dstMat;
    cv::resize(img, dstMat, cv::Size(32, 32));
    if (gray)
        cv::cvtColor(dstMat, dstMat, cv::COLOR_BGR2GRAY);
    dstMat.convertTo(dstMat, CV_32F);
    cv::Mat srcDCT;
    cv::dct(dstMat, srcDCT);
   srcDCT = cv::abs(srcDCT);
    cv::Mat finalMat;
    cv::resize(srcDCT,finalMat,cv::Size(8,8));
    double average = cv::mean(finalMat)[0];
//    printf("感知哈希2 %lf \n", average);
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        for (int j = 0; j < 8; j++) {
            if (srcDCT.at<float>(i, j) >= average) {
                result[i][j] = 1;
            } else {
                result[i][j] = 0;
            }
        }
    }
//    printf("%ld ;\n", value);
    dstMat.release();
    srcDCT.release();
}

延伸:三种感知算法:

# ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
# 测试:为什么要缩放DCT?DCT缩放方式有哪些?不同DCT缩放方式有何不同?不进行DCT缩放效果会怎么样?
# ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

import cv2
import time
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# DCT变换后:无特征频率区域缩放,使用整个32x32图像块的频率分布,计算整个DCT系数的均值,并根据这个均值生成哈希值。
def get_pHash1(img_path):
    img = cv2.cvtColor(cv2.imread(img_path), cv2.COLOR_BGR2RGB)
    # plt.imshow(img, cmap='gray')
    # plt.show()

    img = cv2.resize(img, (32, 32), cv2.INTER_CUBIC)
    # plt.imshow(img, cmap='gray')
    # plt.show()

    img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    # plt.imshow(img_gray, cmap='gray')
    # plt.show()

    img_dct = cv2.dct(np.float32(img_gray))

    # 显示DCT系数的图像
    # dct_scaled = cv2.normalize(img_dct, None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)
    # img_dct_scaled = dct_scaled.astype(np.uint8)
    # plt.imshow(img_dct_scaled, cmap='gray')
    # plt.show()
    
    img_avg = np.mean(img_dct)
    # print(f"DCT变换后图像块的均值={img_avg}")

    img_hash_str = get_img_hash_binary(img_dct, img_avg)
    # print(f"图像的二进制哈希值={img_hash_str}")

    img_hash = get_img_hash(img_hash_str)
    return img_hash


# DCT变换后:将DCT系数的大小显式地调整为8x8,使用8x8的DCT系数块的频率分布,计算调整后的DCT系数的均值,并生成哈希值。
def get_pHash2(img_path):
    img = cv2.cvtColor(cv2.imread(img_path), cv2.COLOR_BGR2RGB)
    # plt.imshow(img, cmap='gray')
    # plt.show()

    img = cv2.resize(img, (32, 32), cv2.INTER_CUBIC)
    # plt.imshow(img, cmap='gray')
    # plt.show()

    img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    # plt.imshow(img_gray, cmap='gray')
    # plt.show()

    img_dct = cv2.dct(np.float32(img_gray))
    img_dct.resize(8, 8)

    # 显示DCT系数的图像
    # dct_scaled = cv2.normalize(img_dct, None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)
    # img_dct_scaled = dct_scaled.astype(np.uint8)
    # plt.imshow(img_dct_scaled, cmap='gray')
    # plt.show()

    img_avg = np.mean(img_dct)
    # print(f"DCT变换后图像块的均值={img_avg}")

    img_hash_str = get_img_hash_binary(img_dct, img_avg)
    # print(f"图像的二进制哈希值={img_hash_str}")

    img_hash = get_img_hash(img_hash_str)
    return img_hash


# DCT变换后:只提取DCT系数的左上角8x8块的信息,然后计算这个块的均值。此法只考虑图像一小部分的频率分布,并生成哈希值。
def get_pHash3(img_path):
    img = cv2.cvtColor(cv2.imread(img_path), cv2.COLOR_BGR2RGB)
    # plt.imshow(img, cmap='gray')
    # plt.show()

    img = cv2.resize(img, (32, 32), cv2.INTER_CUBIC)
    # plt.imshow(img, cmap='gray')
    # plt.show()

    img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    # plt.imshow(img_gray, cmap='gray')
    # plt.show()

    img_dct = cv2.dct(np.float32(img_gray))
    dct_roi = img_dct[0:8, 0:8]

    # 显示DCT系数的图像
    # dct_scaled = cv2.normalize(dct_roi, None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)
    # img_dct_scaled = dct_scaled.astype(np.uint8)
    # plt.imshow(img_dct_scaled, cmap='gray')
    # plt.show()

    img_avg = np.mean(dct_roi)
    # print(f"DCT变换后图像块的均值={img_avg}")

    img_hash_str = get_img_hash_binary(dct_roi, img_avg)
    # print(f"图像的二进制哈希值={img_hash_str}")

    img_hash = get_img_hash(img_hash_str)
    return img_hash

def get_img_hash_binary(img_dct, img_avg):
    img_hash_str = ''
    for i in range(8):
        img_hash_str += ''.join(map(lambda i: '0' if i < img_avg else '1', img_dct[i]))
    # print(f"图像的二进制哈希值={img_hash_str}")
    return img_hash_str

def get_img_hash(img_hash_str):
    img_hash = ''.join(map(lambda x:'%x' % int(img_hash_str[x : x + 4], 2), range(0, 64, 4)))
    # print(f"图像可识别的哈希值={img_hash}")
    return img_hash

# 汉明距离:计算两个等长字符串(通常是二进制字符串或位字符串)之间的汉明距离。用于确定两个等长字符串在相同位置上不同字符的数量。
def hamming_distance(s1, s2):
    # 检查这两个字符串的长度是否相同。如果长度不同,它会引发 ValueError 异常,因为汉明距离只适用于等长的字符串
    if len(s1) != len(s2):
        raise ValueError("Input strings must have the same length")
    
    distance = 0
    for i in range(len(s1)):
        # 遍历两个字符串的每个字符,比较它们在相同位置上的值。如果发现不同的字符,将 distance 的值增加 1
        if s1[i] != s2[i]:
            distance += 1
    return distance

# ======================================== 测试场景一 ========================================

# img = 'img_test/apple-01.jpg'

# img_hash1 = get_phash1(img)
# img_hash2 = get_phash2(img)
# img_hash3 = get_phash3(img)

# print(f"方式一:DCT变换后,无DCT特征频率区域缩放,获得图像的二进制哈希值={img_hash1}")
# print(f"方式二:DCT变换后,将DCT系数显式调整为8x8,获得图像的二进制哈希值={img_hash2}")
# print(f"方式三:DCT变换后,只提取DCT系数左上角8x8像素,获得图像的二进制哈希值={img_hash3}")



# ======================================== 测试场景二 ========================================

time_start = time.time()

img_1 = 'img_test/apple-01.jpg'
img_2 = 'img_test/apple-02.jpg'
img_3 = 'img_test/apple-03.jpg'
img_4 = 'img_test/apple-04.jpg'
img_5 = 'img_test/apple-05.jpg'
img_6 = 'img_test/apple-06.jpg'
img_7 = 'img_test/apple-07.jpg'
img_8 = 'img_test/apple-08.jpg'
img_9 = 'img_test/apple-09.jpg'
img_10 = 'img_test/pear-001.jpg'

# ------------------------------------- 测试场景二:方式一 --------------------------------------

# img_hash1 = get_pHash1(img_1)
# img_hash2 = get_pHash1(img_2)
# img_hash3 = get_pHash1(img_3)
# img_hash4 = get_pHash1(img_4)
# img_hash5 = get_pHash1(img_5)
# img_hash6 = get_pHash1(img_6)
# img_hash7 = get_pHash1(img_7)
# img_hash8 = get_pHash1(img_8)
# img_hash9 = get_pHash1(img_9)
# img_hash10 = get_pHash1(img_10)

# ------------------------------------- 测试场景二:方式二 --------------------------------------

img_hash1 = get_pHash2(img_1)
img_hash2 = get_pHash2(img_2)
img_hash3 = get_pHash2(img_3)
img_hash4 = get_pHash2(img_4)
img_hash5 = get_pHash2(img_5)
img_hash6 = get_pHash2(img_6)
img_hash7 = get_pHash2(img_7)
img_hash8 = get_pHash2(img_8)
img_hash9 = get_pHash2(img_9)
img_hash10 = get_pHash2(img_10)

# ------------------------------------- 测试场景二:方式三 --------------------------------------

# img_hash1 = get_pHash3(img_1)
# img_hash2 = get_pHash3(img_2)
# img_hash3 = get_pHash3(img_3)
# img_hash4 = get_pHash3(img_4)
# img_hash5 = get_pHash3(img_5)
# img_hash6 = get_pHash3(img_6)
# img_hash7 = get_pHash3(img_7)
# img_hash8 = get_pHash3(img_8)
# img_hash9 = get_pHash3(img_9)
# img_hash10 = get_pHash3(img_10)

distance1 = hamming_distance(img_hash1, img_hash1)
distance2 = hamming_distance(img_hash1, img_hash2)
distance3 = hamming_distance(img_hash1, img_hash3)
distance4 = hamming_distance(img_hash1, img_hash4)
distance5 = hamming_distance(img_hash1, img_hash5)
distance6 = hamming_distance(img_hash1, img_hash6)
distance7 = hamming_distance(img_hash1, img_hash7)
distance8 = hamming_distance(img_hash1, img_hash8)
distance9 = hamming_distance(img_hash1, img_hash9)
distance10 = hamming_distance(img_hash1, img_hash10)

time_end = time.time()

print(f"图片名称:{img_1},图片HASH:{img_hash1},与图片1的近似值(汉明距离):{distance1}")
print(f"图片名称:{img_2},图片HASH:{img_hash2},与图片1的近似值(汉明距离):{distance2}")
print(f"图片名称:{img_3},图片HASH:{img_hash3},与图片1的近似值(汉明距离):{distance3}")
print(f"图片名称:{img_4},图片HASH:{img_hash4},与图片1的近似值(汉明距离):{distance4}")
print(f"图片名称:{img_5},图片HASH:{img_hash5},与图片1的近似值(汉明距离):{distance5}")
print(f"图片名称:{img_6},图片HASH:{img_hash6},与图片1的近似值(汉明距离):{distance6}")
print(f"图片名称:{img_7},图片HASH:{img_hash7},与图片1的近似值(汉明距离):{distance7}")
print(f"图片名称:{img_8},图片HASH:{img_hash8},与图片1的近似值(汉明距离):{distance8}")
print(f"图片名称:{img_9},图片HASH:{img_hash9},与图片1的近似值(汉明距离):{distance9}")
print(f"图片名称:{img_10},图片HASH:{img_hash10},与图片1的近似值(汉明距离):{distance10}")

print(f"耗时:{time_end - time_start}")
————————————————

                            版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
                        
原文链接:https://blog.csdn.net/itanping/article/details/134022715
3、差值哈希算法

def get_dHash(img_path):
    # 读取图像:通过OpenCV的imread加载RGB图像
    img_rgb = cv2.cvtColor(cv2.imread(img_path), cv2.COLOR_BGR2RGB)
    # 缩小图像:使用OpenCV的resize函数将图像缩放为9x8像素,采用Cubic插值方法进行图像重采样
    img_resize = cv2.resize(img_rgb, (9, 8), cv2.INTER_CUBIC)
    # 图像灰度化:将彩色图像转换为灰度图像
    img_gray = cv2.cvtColor(img_resize, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # 计算差异值:获得图像二进制字符串
    img_hash_str = ''
    # 遍历图像的像素,比较相邻像素之间的灰度值,根据强弱增减差异情况生成一个二进制哈希值
    # 外层循环,遍历图像的行(垂直方向),范围是从0到7
    for i in range(8):
        # 内层循环,遍历图像的列(水平方向),范围也是从0到7
        for j in range(8):
            # 比较当前像素 img[i, j] 与下一个像素 img[i, j + 1] 的灰度值
            if img_gray[i, j] > img_gray[i, j + 1]:
                # 如果当前像素的灰度值大于下一个像素的灰度值(灰度值增加),将1添加到名为 hash 的列表中
                img_hash_str += '1'
            else:
                # 否则灰度值弱减,将0添加到名为 hash 的列表中
                img_hash_str += '0'
    # print(f"图像的二进制哈希值={img_hash_str}")

    # 生成哈希值:生成图像可识别哈希值
    img_hash = ''.join(map(lambda x:'%x' % int(img_hash_str[x : x + 4], 2), range(0, 64, 4)))
    return img_hash

4、单通道直方图
def histogram(image1, image2):
        # 灰度直方图算法
        # 计算单通道的直方图的相似值
        hist1 = cv2.calcHist([image1], [0], None, [256], [0.0, 255.0])
        hist2 = cv2.calcHist([image2], [0], None, [256], [0.0, 255.0])
        # 计算直方图的重合度
        degree = 0
        for i in range(len(hist1)):
            if hist1[i] != hist2[i]:
                degree = degree + \
                         (1 - abs(hist1[i] - hist2[i]) / max(hist1[i], hist2[i]))
            else:
                degree = degree + 1
        degree = degree / len(hist1)
        return degree
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
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