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Java实现用汉明距离进行图片相似度检测的
阅读量:2229 次
发布时间:2019-05-09

本文共 8145 字,大约阅读时间需要 27 分钟。

Google、Baidu 等相继推出了以图搜图的功能,了下效果还不错~ 那这种技术的原理是什么呢?计算机怎么知道两张图片相似呢?

用汉明距离进行图片相似度检测的Java实现

根据博士的解释,原理非常简单易懂。我们可以用一个快速,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。

 =  = 8f373714acfcf4d0

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(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,可以参见用语言写的。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,往往采用更强大的算法和算法,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。

下面我们来看下上述理论用来做一个DEMO版的具体实现:

 

package reyo.sdk.utils.ai.pic;import java.awt.Graphics2D;import java.awt.color.ColorSpace;import java.awt.image.BufferedImage;import java.awt.image.ColorConvertOp;import java.io.File;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.InputStream;import javax.imageio.ImageIO;/*  *  * 汉明距离越大表明图片差异越大,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。  *  * pHash-like image hash.    * Author: Elliot Shepherd (elliot@jarofworms.com  * Based On: http://www.hackerfactor.com/blog/index.php?/archives/432-Looks-Like-It.html  */public class ImagePHash {    // 项目根目录路径    public static final String path = System.getProperty("user.dir");    private int size = 32;    private int smallerSize = 8;    public ImagePHash() {        initCoefficients();    }    public ImagePHash(int size, int smallerSize) {        this.size = size;        this.smallerSize = smallerSize;        initCoefficients();    }    public int distance(String s1, String s2) {        int counter = 0;        for (int k = 0; k < s1.length(); k++) {            if (s1.charAt(k) != s2.charAt(k)) {                counter++;            }        }        return counter;    }    // Returns a 'binary string' (like. 001010111011100010) which is easy to do    // a hamming distance on.    public String getHash(InputStream is) throws Exception {        BufferedImage img = ImageIO.read(is);        /*         * 1. Reduce size. Like Average Hash, pHash starts with a small image.         * However, the image is larger than 8x8; 32x32 is a good size. This is         * really done to simplify the DCT computation and not because it is         * needed to reduce the high frequencies.         */        img = resize(img, size, size);        /*         * 2. Reduce color. The image is reduced to a grayscale just to further         * simplify the number of computations.         */        img = grayscale(img);        double[][] vals = new double[size][size];        for (int x = 0; x < img.getWidth(); x++) {            for (int y = 0; y < img.getHeight(); y++) {                vals[x][y] = getBlue(img, x, y);            }        }        /*         * 3. Compute the DCT. The DCT separates the image into a collection of         * frequencies and scalars. While JPEG uses an 8x8 DCT, this algorithm         * uses a 32x32 DCT.         */        long start = System.currentTimeMillis();        double[][] dctVals = applyDCT(vals);        System.out.println("DCT: " + (System.currentTimeMillis() - start));        /*         * 4. Reduce the DCT. This is the magic step. While the DCT is 32x32,         * just keep the top-left 8x8. Those represent the lowest frequencies in         * the picture.         */        /*         * 5. Compute the average value. Like the Average Hash, compute the mean         * DCT value (using only the 8x8 DCT low-frequency values and excluding         * the first term since the DC coefficient can be significantly         * different from the other values and will throw off the average).         */        double total = 0;        for (int x = 0; x < smallerSize; x++) {            for (int y = 0; y < smallerSize; y++) {                total += dctVals[x][y];            }        }        total -= dctVals[0][0];        double avg = total / (double) ((smallerSize * smallerSize) - 1);        /*         * 6. Further reduce the DCT. This is the magic step. Set the 64 hash         * bits to 0 or 1 depending on whether each of the 64 DCT values is         * above or below the average value. The result doesn't tell us the         * actual low frequencies; it just tells us the very-rough relative         * scale of the frequencies to the mean. The result will not vary as         * long as the overall structure of the image remains the same; this can         * survive gamma and color histogram adjustments without a problem.         */        String hash = "";        for (int x = 0; x < smallerSize; x++) {            for (int y = 0; y < smallerSize; y++) {                if (x != 0 && y != 0) {                    hash += (dctVals[x][y] > avg ? "1" : "0");                }            }        }        return hash;    }    private BufferedImage resize(BufferedImage image, int width, int height) {        BufferedImage resizedImage = new BufferedImage(width, height, BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);        Graphics2D g = resizedImage.createGraphics();        g.drawImage(image, 0, 0, width, height, null);        g.dispose();        return resizedImage;    }    private ColorConvertOp colorConvert = new ColorConvertOp(ColorSpace.getInstance(ColorSpace.CS_GRAY), null);    private BufferedImage grayscale(BufferedImage img) {        colorConvert.filter(img, img);        return img;    }    private static int getBlue(BufferedImage img, int x, int y) {        return (img.getRGB(x, y)) & 0xff;    }    // DCT function stolen from    // http://stackoverflow.com/questions/4240490/problems-with-dct-and-idct-algorithm-in-java    private double[] c;    private void initCoefficients() {        c = new double[size];        for (int i = 1; i < size; i++) {            c[i] = 1;        }        c[0] = 1 / Math.sqrt(2.0);    }    private double[][] applyDCT(double[][] f) {        int N = size;        double[][] F = new double[N][N];        for (int u = 0; u < N; u++) {            for (int v = 0; v < N; v++) {                double sum = 0.0;                for (int i = 0; i < N; i++) {                    for (int j = 0; j < N; j++) {                        sum += Math.cos(((2 * i + 1) / (2.0 * N)) * u * Math.PI)                                * Math.cos(((2 * j + 1) / (2.0 * N)) * v * Math.PI) * (f[i][j]);                    }                }                sum *= ((c[u] * c[v]) / 4.0);                F[u][v] = sum;            }        }        return F;    }    public static void main(String[] args) {        // 项目根目录路径        String filename = ImagePHash.path + "\\images\\";        ImagePHash p = new ImagePHash();        String image1;        String image2;        try {            for (int i = 0; i < 10; i++) {                image1 = p.getHash(new FileInputStream(new File(filename + "example" + (i + 1) + ".jpg")));                image2 = p.getHash(new FileInputStream(new File(filename + "source.jpg")));                System.out.println("example" + (i + 1) + ".jpg:source.jpg Score is " + p.distance(image1, image2));            }        } catch (FileNotFoundException e) {            e.printStackTrace();        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }}

 

运行结果为:

DCT: 249

DCT: 237
example1.jpg:source.jpg Score is 25
DCT: 102
DCT: 103
example2.jpg:source.jpg Score is 16
DCT: 103
DCT: 104
example3.jpg:source.jpg Score is 17
DCT: 104
DCT: 103
example4.jpg:source.jpg Score is 2
DCT: 103
DCT: 103
example5.jpg:source.jpg Score is 0
DCT: 104
DCT: 104
example6.jpg:source.jpg Score is 10
DCT: 105
DCT: 104
example7.jpg:source.jpg Score is 25
DCT: 103
DCT: 103
example8.jpg:source.jpg Score is 28
DCT: 102
DCT: 103
example9.jpg:source.jpg Score is 25
DCT: 102
DCT: 103
example10.jpg:source.jpg Score is 31

 

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。

代码参考:
原理参考:
汉明距离:

来自:

 

转载于:https://www.cnblogs.com/interdrp/p/6687517.html

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