图像处理之相似图片识别（直方图应用篇）

图像处理之相似图片识别（直方图应用篇）

算法概述：

首先对源图像与要筛选的图像进行直方图数据采集，对采集的各自图像直方图进行归一化再

使用巴氏系数算法对直方图数据进行计算，最终得出图像相似度值，其值范围在[0, 1]之间

0表示极其不同，1表示极其相似（相同）。

 

算法步骤详解：

大致可以分为两步，根据源图像与候选图像的像素数据，生成各自直方图数据。第二步：使

用第一步输出的直方图结果，运用巴氏系数（Bhattacharyya coefficient）算法，计算出相似程

度值。

 

第一步：直方图计算

直方图分为灰度直方图与RGB直方图，对于灰度图像直方图计算十分简单，只要初始化一

个大小为256的直方图数组H，然后根据像素值完成频率分布统计，假设像素值为124，则

H[124] += 1, 而对于彩色RGB像素来说直方图表达有两种方式，一种是单一直方图，另外一

种是三维直方图，三维直方图比较简单明了，分别对应RGB三种颜色，定义三个直方图HR,

HG, HB, 假设某一个像素点P的RGB值为(4, 231,129), 则对于的直方图计算为HR[4] += 1,

HG[231] += 1, HB[129] += 1, 如此对每个像素点完成统计以后，RGB彩色直方图数据就生成了。

而RGB像素的单一直方图SH表示稍微复杂点，每个颜色的值范围为0 ~ 255之间的，假设

可以分为一定范围等份，当8等份时，每个等份的值范围为32， 16等份时，每个等份值范

围为16，当4等份时候，每个等份值的范围为64，假设RGB值为(14, 68, 221), 16等份之

后，它对应直方图索引值(index)分别为: (0, 4, 13), 根据计算索引值公式:index = R + G*16 + B*16*16

对应的直方图index = 0 + 4*16 + 13 * 16 * 16， SH[3392] += 1

如此遍历所有RGB像素值，完成直方图数据计算。

 

第二步：巴氏系数计算，计算公式如下：

其中P, P’分别代表源与候选的图像直方图数据，对每个相同i的数据点乘积开平方以后相加

得出的结果即为图像相似度值（巴氏系数因子值），范围为0到1之间。

程序效果：

相似度超过99%以上，极其相似

相似度为：72%， 一般相似

程序直方图计算源代码如下：

	public void setGreenBinCount(int greenBinCount) { 		this.greenBins = greenBinCount; 	}  	public void setBlueBinCount(int blueBinCount) { 		this.blueBins = blueBinCount; 	}  	public float[] filter(BufferedImage src, BufferedImage dest) { 		int width = src.getWidth();         int height = src.getHeight();                  int[] inPixels = new int[width*height];         float[] histogramData = new float[redBins * greenBins * blueBins];         getRGB( src, 0, 0, width, height, inPixels );         int index = 0;         int redIdx = 0, greenIdx = 0, blueIdx = 0;         int singleIndex = 0;         float total = 0;         for(int row=0; row<height; row++) {         	int ta = 0, tr = 0, tg = 0, tb = 0;         	for(int col=0; col<width; col++) {         		index = row * width + col;         		ta = (inPixels[index] >> 24) & 0xff;                 tr = (inPixels[index] >> 16) & 0xff;                 tg = (inPixels[index] >> 8) & 0xff;                 tb = inPixels[index] & 0xff;                 redIdx = (int)getBinIndex(redBins, tr, 255);                 greenIdx = (int)getBinIndex(greenBins, tg, 255);                 blueIdx = (int)getBinIndex(blueBins, tb, 255);                 singleIndex = redIdx + greenIdx * redBins + blueIdx * redBins * greenBins;                 histogramData[singleIndex] += 1;                 total += 1;         	}         }                  // start to normalize the histogram data         for (int i = 0; i < histogramData.length; i++)         {         	histogramData[i] = histogramData[i] / total;         }                  return histogramData; 	}

计算巴氏系数的代码如下：

	/** 	 * Bhattacharyya Coefficient 	 * http://www.cse.yorku.ca/~kosta/CompVis_Notes/bhattacharyya.pdf 	 *  	 * @return 	 */ 	public double modelMatch() { 		HistogramFilter hfilter = new HistogramFilter(); 		float[] sourceData = hfilter.filter(sourceImage, null); 		float[] candidateData = hfilter.filter(candidateImage, null); 		double[] mixedData = new double[sourceData.length]; 		for(int i=0; i<sourceData.length; i++ ) { 			mixedData[i] = Math.sqrt(sourceData[i] * candidateData[i]); 		} 		 		// The values of Bhattacharyya Coefficient ranges from 0 to 1, 		double similarity = 0; 		for(int i=0; i<mixedData.length; i++ ) { 			similarity += mixedData[i]; 		} 		 		// The degree of similarity 		return similarity; 	}

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