python实现识别相似图片小结
在网上看到python做图像识别的相关文章后,真心感觉python的功能实在太强大,因此将这些文章总结一下,建立一下自己的知识体系。
当然了,图像识别这个话题作为计算机科学的一个分支,不可能就在本文简单几句就说清,所以本文只作基本算法的科普向。
如有错误,请多包涵和多多指教。
参考的文章和图片来源会在底部一一列出。
以及本篇文章所用的代码都会在底下给出github地址。
安装相关库
python用作图像处理的相关库主要有openCV(C++编写,提供了python语言的接口),PIL,但由于PIL很早就停了,所以不支持python3.x,所以建议使用基于PIL的pillow,本文也是在python3.4和pillow的环境下进行实验。
至于opencv,在做人脸识别的时候会用到,但本文不会涉及到,在本专栏的后续中会谈及openCV的人脸识别和基于此的python图片爬虫,有兴趣的朋友可以关注本专栏。
相关背景
要识别两张相似图像,我们从感性上来谈是怎么样的一个过程?首先我们会区分这两张相片的类型,例如是风景照,还是人物照。风景照中,是沙漠还是海洋,人物照中,两个人是不是都是国字脸,还是瓜子脸(还是倒瓜子脸……哈哈……)。
那么从机器的角度来说也是这样的,先识别图像的特征,然后再相比。
很显然,在没有经过训练的计算机(即建立模型),那么计算机很难区分什么是海洋,什么是沙漠。但是计算机很容易识别到图像的像素值。
因此,在图像识别中,颜色特征是最为常用的。(其余常用的特征还有纹理特征、形状特征和空间关系特征等)
其中又分为
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,
从肉眼来看,这两张图片大概也有八成是相似的了。
在python中可以依靠Image对象的histogram()方法获取其直方图数据,但这个方法返回的结果是一个列表,如果想得到下图可视化数据,需要另外使用 matplotlib,这里因为主要介绍算法思路,matplotlib的使用这里不做介绍。
是的,我们可以明显的发现,两张图片的直方图是近似重合的。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,情况下面三种哈希算法
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,可利用Image对象的resize(size)改变,一般大小为8*8,64个像素值。
2.转化为灰度图
转灰度图的算法。
1.浮点算法:Gray=Rx0.3+Gx0.59+Bx0.11
2.整数方法:Gray=(Rx30+Gx59+Bx11)/100
3.移位方法:Gray =(Rx76+Gx151+Bx28)>>8;
4.平均值法:Gray=(R+G+B)/3;
5.仅取绿色:Gray=G;
在python中,可用Image的对象的方法convert('L')直接转换为灰度图
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。
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:
缩小图片:32 * 32是一个较好的大小,这样方便DCT计算
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)
计算DCT:DCT把图片分离成分率的集合
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
计算平均值:计算缩小DCT后的所有像素点的平均值。
进一步减小DCT:大于平均值记录为1,反之记录为0.
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。
这里给出别人的DCT的介绍和计算方法(离散余弦变换的方法)
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,一遍它有72的像素点
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)
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。
总结
这几种算法是识别相似图像的基础,显然,有时两图中的人相似比整体的颜色相似更重要,所以我们有时需要进行人脸识别,
然后在脸部区进行局部哈希,或者进行其他的预处理再进行哈希,这里涉及其他知识本文不作介绍。
数据分析咨询请扫描二维码
在准备数据分析师面试时,掌握高频考题及其解答是应对面试的关键。为了帮助大家轻松上岸,以下是10个高频考题及其详细解析,外加 ...
2024-12-20互联网数据分析师是一个热门且综合性的职业,他们通过数据挖掘和分析,为企业的业务决策和运营优化提供强有力的支持。尤其在如今 ...
2024-12-20在现代商业环境中,数据分析师是不可或缺的角色。他们的工作不仅仅是对数据进行深入分析,更是协助企业从复杂的数据信息中提炼出 ...
2024-12-20随着大数据时代的到来,数据驱动的决策方式开始受到越来越多企业的青睐。近年来,数据分析在人力资源管理中正在扮演着至关重要的 ...
2024-12-20在数据分析的世界里,表面上的技术操作只是“入门票”,而真正的高手则需要打破一些“看不见的墙”。这些“隐形天花板”限制了数 ...
2024-12-19在数据分析领域,尽管行业前景广阔、岗位需求旺盛,但实际的工作难度却远超很多人的想象。很多新手初入数据分析岗位时,常常被各 ...
2024-12-19入门数据分析,许多人都会感到“难”,但这“难”究竟难在哪儿?对于新手而言,往往不是技术不行,而是思维方式、业务理解和实践 ...
2024-12-19在如今的行业动荡背景下,数据分析师的职业前景虽然面临一些挑战,但也充满了许多新的机会。随着技术的不断发展和多领域需求的提 ...
2024-12-19在信息爆炸的时代,数据分析师如同探险家,在浩瀚的数据海洋中寻觅有价值的宝藏。这不仅需要技术上的过硬实力,还需要一种艺术家 ...
2024-12-19在当今信息化社会,大数据已成为各行各业不可或缺的宝贵资源。大数据专业应运而生,旨在培养具备扎实理论基础和实践能力,能够应 ...
2024-12-19阿里P8、P9失业都找不到工作?是我们孤陋寡闻还是世界真的已经“癫”成这样了? 案例一:本硕都是 985,所学的专业也是当红专业 ...
2024-12-19CDA持证人Louis CDA持证人基本情况 我大学是在一个二线城市的一所普通二本院校读的,专业是旅游管理,非计算机非统计学。毕业之 ...
2024-12-18最近,知乎上有个很火的话题:“一个人为何会陷入社会底层”? 有人说,这个世界上只有一个分水岭,就是“羊水”;还有人说,一 ...
2024-12-18在这个数据驱动的时代,数据分析师的技能需求快速增长。掌握适当的编程语言不仅能增强分析能力,还能帮助分析师从海量数据中提取 ...
2024-12-17在当今信息爆炸的时代,数据分析已经成为许多行业中不可或缺的一部分。想要在这个领域脱颖而出,除了热情和毅力外,你还需要掌握 ...
2024-12-17数据分析,是一项通过科学方法处理数据以获取洞察并支持决策的艺术。无论是在商业环境中提升业绩,还是在科研领域推动创新,数据 ...
2024-12-17在数据分析领域,图表是我们表达数据故事的重要工具。它们不仅让数据变得更加直观,也帮助我们更好地理解数据中的趋势和模式。相 ...
2024-12-16在当今社会,我们身处着一个飞速发展、变化迅猛的时代。不同行业在科技进步、市场需求和政策支持的推动下蓬勃发展,呈现出令人瞩 ...
2024-12-16在现代商业世界中,数据分析师扮演着至关重要的角色。他们通过解析海量数据,为企业战略决策提供有力支持。要有效完成这项任务, ...
2024-12-16在当今数据爆炸的时代,数据分析师是组织中不可或缺的导航者。他们通过从大量数据中提取可操作的洞察力,帮助企业在竞争激烈的市 ...
2024-12-16