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图像相似性搜索的原理

发布时间:2021-03-18 17:49:11 所属栏目:大数据 来源:网络整理
导读:本文转自: http://www.hackerfactor.com/blog/index.php?/archives/432-Looks-Like-It.html http://www.voidcn.com/article/p-nvcdxgfv-bnx.html http://blog.sina.com.cn/s/blog_b27f71160101gp9c.html http://www.voidcn.com/article/p-ojqegjmq-wy.html

%http://blog.sina.com.cn/s/blog_b27f71160101gp9c.html
clear;
close all;
clc;
srcDir=uigetdir('Choose source directory.'); 
cd(srcDir);
allnames=struct2cell(dir('*.jpg'));
[k,len]=size(allnames); 
FinalResult = {};

for i=1:len
    name=allnames{1,i};
picture1 = imread(name);
picture2 = imread('006.jpg');
v=tineyesearch_ahash(picture1,picture2);
FinalResult{i,1} = char('006.jgp');
FinalResult{i,2} = name;
FinalResult{i,3} = v;
end

figure('NumberTitle','off','Name','统计表');
columnname =   {'ReferenceImage','TestImage','SimilarScore'};     %各列的名称
% columnformat = {'numeric','bank','numeric'};  %各列的数据类型
columneditable =  [false true true];                %各列是否是可编辑的,true是可以编辑,false是不可编辑
t = uitable('Units','normalized','Position',...
    [0.1 0.1 0.9 0.9],'Data',FinalResult,...
    'ColumnName',columnname,...
    'ColumnEditable',columneditable);





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。

如果图片放大或缩小,或改变纵横比,结果值也不会改变。增加或减少亮度或对比度,或改变颜色,对hash值都不会太大的影响。最大的优点:计算速度快!

如果你想比较两张图片,为每张图片构造hash值并且计算不同位的个数。(汉明距离)如果这个值为0,则表示这两张图片非常相似,如果汉明距离小于5,则表示有些不同,但比较相近,如果汉明距离大于10则表明完全不同的图片。


二、效果更佳的感知哈希算法pHash


虽然均值哈希更简单且更快速,但是在比较上更死板、僵硬。它可能产生错误的漏洞,如果有一个伽马校正或颜色直方图被用于到图像。这是因为颜色沿着一个非线性标尺?-?改变其中“平均值”的位置,并因此改变哪些高于/低于平均值的比特数。

一个更健壮的算法叫pHash,?pHash的做法是将均值的方法发挥到极致。使用离散余弦变换(DCT)降低频率。

平均哈希算法过于严格,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


1.缩小尺寸

pHash以小图片开始,但图片大于8*8,32*32是最好的。这样做的目的是简化了DCT的计算,而不是减小频率。

2.简化色彩

将图片转化成灰度图像,进一步简化计算量。

3.计算DCT

DCT是把图片分解频率聚集和梯状形,虽然JPEG使用8*8的DCT变换,在这里使用32*32的DCT变换。

4.缩小DCT

虽然DCT的结果是32*32大小的矩阵,但我们只要保留左上角的8*8的矩阵,这部分呈现了图片中的最低频率。

5.计算平均值

如同均值哈希一样,计算DCT的均值,

6.进一步减小DCT

这是最主要的一步,根据8*8的DCT矩阵,设置0或1的64位的hash值,大于等于DCT均值的设为”1”,小于DCT均值的设为“0”。结果并不能告诉我们真实性的低频率,只能粗略地告诉我们相对于平均值频率的相对比例。只要图片的整体结构保持不变,hash结果值就不变。能够避免伽马校正或颜色直方图被调整带来的影响。

7.构造hash值

将64bit设置成64位的长整型,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。将32*32的DCT转换成32*32的图像。

图像相似性搜索的原理


与均值哈希一样,pHash同样可以用汉明距离来进行比较。(只需要比较每一位对应的位置并算计不同的位的个数)


步骤说明:

步骤:

1.缩小图片:32 * 32是一个较好的大小,这样方便DCT计算

2.转化为灰度图:把缩放后的图片转化为256阶的灰度图。(具体算法见平均哈希算法步骤)

3.计算DCT:DCT把图片分离成分率的集合

4.缩小DCT:DCT是32*32,保留左上角的8*8,这些代表的图片的最低频率

5.计算平均值:计算缩小DCT后的所有像素点的平均值。

6.进一步减小DCT:大于平均值记录为1,反之记录为0.

7.得到信息指纹:组合64个信息位,顺序随意保持一致性即可。

8.对比指纹:计算两幅图片的指纹,计算汉明距离(从一个指纹到另一个指纹需要变几次),汉明距离越大则说明图片越不一致,反之,汉明距离越小则说明图片越相似,当距离为0时,说明完全相同。(通常认为距离>10 就是两张完全不同的图片)


使用matlab实现 PHash 算法

clear;
close all;
clc;
% read image
I = imread('cameraman.tif');

% cosine transform and reduction
d = dct2(I);
d = d(1:8,1:8);

% compute average
a = mean(mean(d));

% set bits,here unclear whether > or >= shall be used
b = d > a;
% maybe convert to string:
string = num2str(b(:)');


(编辑:核心网)

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