感知哈希，平均哈希，差异值哈希

delphi_笔记 2019-07-18

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感知哈希可以用来判断两个图片的相似度，通常可以用来进行图像检索。

感知哈希算法对每一张图片生成一个“指纹”，通过比较两张图片的指纹，来判断他们的相似度，是否属于同一张图片。

常用的有三种：平均哈希（aHash），感知哈希（pHash），差异值哈希（dHash）

算法步骤

他们的步骤都类似：

平均哈希

1.图片缩放，一般为8*8，或者32*32

2.将图片灰度化

3.求平均值，并根据平均值将每一个像素二值化

4.将8*8=64位bit，每8个比特为一个十六进制值，转换成字符串，生成哈希值（指纹）

感知哈希

1.图片缩放为32*32大小

2.将图片灰度化

3.对图片进行离散余弦变换（DCT），转换的频域

4.取频域左上角8*8大小（图片的能量都集中在低频部分，低频位于左上角）

5.计算平均值，并根据平均值二值化（同平均哈希）

6.生成哈希值

差异值哈希

1.图片缩放为9*8大小

2.将图片灰度化

3.差异值计算（每行相邻像素的差值，这样会生成8*8的差值，前一个像素大于后一个像素则为1，否则为0）

4.生成哈希值

计算距离

生成每一个图片的哈希值后，需要计算哈希值的距离，来判断两张图片的相似度。一般使用汉明距离，也就是逐位计算两张图片的哈希值是否相同。

实现

下面是用python实现的三种哈希：

import cv2
import numpy as np
import time
#均值哈希算法
def aHash(img):
#缩放为8*8
img=cv2.resize(img,(8,8),interpolation=cv2.INTER_CUBIC)
#转换为灰度图
gray=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
#s为像素和初值为0，hash_str为hash值初值为''
s=0
hash_str=''
#遍历累加求像素和
for i in range(8):
for j in range(8):
s=s+gray[i,j]
#求平均灰度
avg=s/64
#灰度大于平均值为1相反为0生成图片的hash值
for i in range(8):
for j in range(8):
if gray[i,j]>avg:
hash_str=hash_str+'1'
else:
hash_str=hash_str+'0'
return hash_str
#差值感知算法
def dHash(img):
#缩放8*8
img=cv2.resize(img,(9,8),interpolation=cv2.INTER_CUBIC)
#转换灰度图
gray=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
hash_str=''
#每行前一个像素大于后一个像素为1，相反为0，生成哈希
for i in range(8):
for j in range(8):
if gray[i,j]>gray[i,j+1]:
hash_str=hash_str+'1'
else:
hash_str=hash_str+'0'
return hash_str
#Hash值对比
def cmpHash(hash1,hash2):
n=0
#hash长度不同则返回-1代表传参出错
if len(hash1)!=len(hash2):
return -1
#遍历判断
for i in range(len(hash1)):
#不相等则n计数+1，n最终为相似度
if hash1[i]!=hash2[i]:
n=n+1
return 1 - n / 64
def pHash(imgfile):
img_list=[]
#加载并调整图片为32x32灰度图片
img=cv2.imread(imgfile, 0)
img=cv2.resize(img,(64,64),interpolation=cv2.INTER_CUBIC)
#创建二维列表
h, w = img.shape[:2]
vis0 = np.zeros((h,w), np.float32)
vis0[:h,:w] = img #填充数据
#二维Dct变换
vis1 = cv2.dct(cv2.dct(vis0))
#cv.SaveImage('a.jpg',cv.fromarray(vis0)) #保存图片
vis1.resize(32,32)
#把二维list变成一维list
img_list=vis1.flatten()
#计算均值
avg = sum(img_list)*1./len(img_list)
avg_list = ['0' if i>avg else '1' for i in img_list]
#得到哈希值
return ''.join(['%x' % int(''.join(avg_list[x:x+4]),2) for x in range(0,32*32,4)])
def hammingDist(s1, s2):
#assert len(s1) == len(s2)
return 1 - sum([ch1 != ch2 for ch1, ch2 in zip(s1, s2)])*1. / (32*32/4)
if __name__ == '__main__':
img1 = cv2.imread("F:\\Humpback Whale\\phash\\4.jpg")
img2 = cv2.imread("F:\\Humpback Whale\\phash\\2d6610b9.jpg")
time1 = time.time()
hash1 = aHash(img1)
hash2 = aHash(img2)
n = cmpHash(hash1, hash2)
print('均值哈希算法相似度：', n, "-----time=", (time.time() - time1))
time1 = time.time()
hash1 = dHash(img1)
hash2 = dHash(img2)
n = cmpHash(hash1, hash2)
print('差值哈希算法相似度：', n, "-----time=", (time.time() - time1))
time1 = time.time()
HASH1=pHash("F:\\Humpback Whale\\phash\\4.jpg")
HASH2=pHash("F:\\Humpback Whale\\phash\\2d6610b9.jpg")
out_score = hammingDist(HASH1,HASH2)
print('感知哈希算法相似度：', out_score, "-----time=", (time.time() - time1))