怎么在Python中使用Opencv识别相似的图片

这篇文章给大家介绍怎么在Python中使用Opencv识别相似的图片，内容非常详细，感兴趣的小伙伴们可以参考借鉴，希望对大家能有所帮助。

python主要应用领域有哪些

1、云计算，典型应用OpenStack。2、WEB前端开发，众多大型网站均为Python开发。3.人工智能应用，基于大数据分析和深度学习而发展出来的人工智能本质上已经无法离开python。4、系统运维工程项目，自动化运维的标配就是python+Django/flask。5、金融理财分析，量化交易，金融分析。6、大数据分析。

直方图计算法

这里先用直方图进行简单讲述。

先借用一下恋花蝶的图片，

[图片上传失败...(image-6ca66e-1617780875489)]

从肉眼来看，这两张图片大概也有八成是相似的了。 在Python中利用opencv中的calcHist()方法获取其直方图数据，返回的结果是一个列表，使用matplotlib，画出了这两张图的直方图数据图 如下：

是的，我们可以明显的发现，两张图片的直方图还是比较重合的。所以利用直方图判断两张图片的是否相似的方法就是，计算其直方图的重合程度即可。 计算方法如下：

其中gi和si是分别指两条曲线的第i个点。

最后计算得出的结果就是就是其相似程度。

不过，这种方法有一个明显的弱点，就是他是按照颜色的全局分布来看的，无法描述颜色的局部分布和色彩所处的位置。

也就是假如一张图片以蓝色为主，内容是一片蓝天，而另外一张图片也是蓝色为主，但是内容却是妹子穿了蓝色裙子，那么这个算法也很可能认为这两张图片的相似的。

缓解这个弱点有一个方法就是利用Image的crop方法把图片等分，然后再分别计算其相似度，最后综合考虑。

图像指纹与汉明距离

在介绍下面其他判别相似度的方法前，先补充一些概念。第一个就是图像指纹

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。

说到这里，就可以顺带引出汉明距离的概念了。

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。

如何计算得到汉明距离，请看下面三种哈希算法

平均哈希法(aHash)

此算法是基于比较灰度图每个像素与平均值来实现的

一般步骤：

1.缩放图片，一般大小为8*8，64个像素值。
2.转化为灰度图
3.计算平均值：计算进行灰度处理后图片的所有像素点的平均值，直接用numpy中的mean()计算即可。
4.比较像素灰度值：遍历灰度图片每一个像素，如果大于平均值记录为1，否则为0.
5.得到信息指纹：组合64个bit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。

感知哈希算法(pHash)

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

一般步骤：

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

3. 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

4. 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

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。

最后比对两张图片的指纹，获得汉明距离即可。

dHash算法

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。

步骤：

• 缩小图片：收缩到9*8的大小，以便它有72的像素点

• 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

• 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.

• 最后比对两张图片的指纹，获得汉明距离即可

整个的代码实现如下：

# -*- coding: utf-8 -*- 
# 利用python实现多种方法来实现图像识别 
 
import cv2 
import numpy as np 
from matplotlib import pyplot as plt 
 
# 最简单的以灰度直方图作为相似比较的实现 
def classify_gray_hist(image1,image2,size = (256,256)): 
 # 先计算直方图 
 # 几个参数必须用方括号括起来 
 # 这里直接用灰度图计算直方图，所以是使用第一个通道， 
 # 也可以进行通道分离后，得到多个通道的直方图 
 # bins 取为16 
 image1 = cv2.resize(image1,size) 
 image2 = cv2.resize(image2,size) 
 hist1 = cv2.calcHist([image1],[0],None,[256],[0.0,255.0]) 
 hist2 = cv2.calcHist([image2],[0],None,[256],[0.0,255.0]) 
 # 可以比较下直方图 
 plt.plot(range(256),hist1,'r') 
 plt.plot(range(256),hist2,'b') 
 plt.show() 
 # 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 
 
# 计算单通道的直方图的相似值 
def calculate(image1,image2): 
 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 
 
# 通过得到每个通道的直方图来计算相似度 
def classify_hist_with_split(image1,image2,size = (256,256)): 
 # 将图像resize后，分离为三个通道，再计算每个通道的相似值 
 image1 = cv2.resize(image1,size) 
 image2 = cv2.resize(image2,size) 
 sub_image1 = cv2.split(image1) 
 sub_image2 = cv2.split(image2) 
 sub_data = 0 
 for im1,im2 in zip(sub_image1,sub_image2): 
 sub_data += calculate(im1,im2) 
 sub_data = sub_data/3 
 return sub_data 
 
# 平均哈希算法计算 
def classify_aHash(image1,image2): 
 image1 = cv2.resize(image1,(8,8)) 
 image2 = cv2.resize(image2,(8,8)) 
 gray1 = cv2.cvtColor(image1,cv2.COLOR_BGR2GRAY) 
 gray2 = cv2.cvtColor(image2,cv2.COLOR_BGR2GRAY) 
 hash2 = getHash(gray1) 
 hash3 = getHash(gray2) 
 return Hamming_distance(hash2,hash3) 
 
def classify_pHash(image1,image2): 
 image1 = cv2.resize(image1,(32,32)) 
 image2 = cv2.resize(image2,(32,32)) 
 gray1 = cv2.cvtColor(image1,cv2.COLOR_BGR2GRAY) 
 gray2 = cv2.cvtColor(image2,cv2.COLOR_BGR2GRAY) 
 # 将灰度图转为浮点型，再进行dct变换 
 dct1 = cv2.dct(np.float32(gray1)) 
 dct2 = cv2.dct(np.float32(gray2)) 
 # 取左上角的8*8，这些代表图片的最低频率 
 # 这个操作等价于c++中利用opencv实现的掩码操作 
 # 在python中进行掩码操作，可以直接这样取出图像矩阵的某一部分 
 dct1_roi = dct1[0:8,0:8] 
 dct2_roi = dct2[0:8,0:8] 
 hash2 = getHash(dct1_roi) 
 hash3 = getHash(dct2_roi) 
 return Hamming_distance(hash2,hash3) 
 
# 输入灰度图，返回hash 
def getHash(image): 
 avreage = np.mean(image) 
 hash = [] 
 for i in range(image.shape[0]): 
 for j in range(image.shape[1]): 
 if image[i,j] > avreage: 
 hash.append(1) 
 else: 
 hash.append(0) 
 return hash 
 
 
# 计算汉明距离 
def Hamming_distance(hash2,hash3): 
 num = 0 
 for index in range(len(hash2)): 
 if hash2[index] != hash3[index]: 
 num += 1 
 return num 
 
 
if __name__ == '__main__': 
 img1 = cv2.imread('10.jpg') 
 cv2.imshow('img1',img1) 
 img2 = cv2.imread('11.jpg') 
 cv2.imshow('img2',img2) 
 degree = classify_gray_hist(img1,img2) 
 #degree = classify_hist_with_split(img1,img2) 
 #degree = classify_aHash(img1,img2) 
 #degree = classify_pHash(img1,img2) 
 print degree 
 cv2.waitKey(0)

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