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使用opencv实现图片相似度检测

news 来源：原创 2024/5/10 9:28:07

1.为什么学这个,我对图像处理非常感兴趣,我联想到海尔的指纹识别门锁是如何进行检测的,我在想不应该呀,单片机性能这么差,应该是使用了训练后的数据去检测图片的,如果我要实现草莓检测,知道它是不是草莓,我觉得单纯使用图片处理是不够的,我考虑过使用指纹模块来接触草莓从而实现判断他是不是草莓,从而联想到学习图像相似度检测,我们人类的手指事实上是有大量的传感器的,机器如果想要实现那科技含量太高了,而且成本高,就算实现了也只能放在家里自己玩…

2.代码基于python3.1 opencv,先使用直方图判断是否是简单的图形(运算快)如果不是在判断是否是复杂的图形(运算慢)

import cv2
def calculate_complexity_similarity(img1str, img2str):# 加载两张图片img1 = cv2.imread(img1str)img2 = cv2.imread(img2str)# 将图片转换为灰度图像gray_img1 = cv2.cvtColor(img1, cv2.COLOR_BGR2GRAY)gray_img2 = cv2.cvtColor(img2, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 创建ORB特征检测器orb = cv2.ORB_create()# 检测特征点和描述符kp1, des1 = orb.detectAndCompute(gray_img1, None)kp2, des2 = orb.detectAndCompute(gray_img2, None)# 创建暴力匹配器bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=True)# 进行特征匹配matches = bf.match(des1, des2)similarity=0.0# 根据特征点匹配结果计算相似度if len(matches) > 0:similarity = sum([match.distance for match in matches]) / len(matches)print('图片相似度为：', similarity)else:print('未找到匹配的特征点')# 调用函数进行图片相似度计算,计算简单的图片相似度return similarity
def calculate_histogram_similarity(img1_path, img2_path):# 读取两张图片img1 = cv2.imread(img1_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)img2 = cv2.imread(img2_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)# 计算直方图hist1 = cv2.calcHist([img1], [0], None, [256], [0, 256])hist2 = cv2.calcHist([img2], [0], None, [256], [0, 256])# 归一化直方图cv2.normalize(hist1, hist1, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX)cv2.normalize(hist2, hist2, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX)# 比较直方图similarity = cv2.compareHist(hist1, hist2, cv2.HISTCMP_CORREL)if similarity<0.6:similarity=calculate_complexity_similarity(img1str, img2str)return similarityif __name__ == '__main__':img1str='straw1.png'img2str='straw3.png'sim = calculate_histogram_similarity(img1str, img2str)print('图片相似度为：', sim)

3.测试效果
//简单的图片使用直方图归一化处理
在这里插入图片描述

//不同的图片之间比较

在这里插入图片描述
//2和22比较

//2和23无法检测出来,可能是2个2颜色不一样,2和24也一样

//straw1和straw2 这两张是在一张图片的两颗草莓
图片相似度为： 0.8582924959300794
//straw1和straw3,不同图片的草莓

图片相似度为： 69.67826086956522

//与倒立的草莓
在这里插入图片描述
图片相似度为： 68.84821428571429

图片相似度为： 73.10416666666667

//带有草莓花的草莓,比较符合实际情况
在这里插入图片描述

图片相似度为： 0.7757366241694935

//啊这汽车和草莓是相似的?而且是多个草莓,改了下代码如果形状都不同了,similarity<0直接返回
在这里插入图片描述

3.改进后的代码

import cv2
def calculate_complexity_similarity(img1str, img2str):# 加载两张图片img1 = cv2.imread(img1str)img2 = cv2.imread(img2str)# 将图片转换为灰度图像gray_img1 = cv2.cvtColor(img1, cv2.COLOR_BGR2GRAY)gray_img2 = cv2.cvtColor(img2, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 创建ORB特征检测器orb = cv2.ORB_create()# 检测特征点和描述符kp1, des1 = orb.detectAndCompute(gray_img1, None)kp2, des2 = orb.detectAndCompute(gray_img2, None)# 创建暴力匹配器bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=True)# 进行特征匹配matches = bf.match(des1, des2)similarity=0.0# 根据特征点匹配结果计算相似度if len(matches) > 0:similarity = sum([match.distance for match in matches]) / len(matches)print('图片相似度为：', similarity)else:print('未找到匹配的特征点')# 调用函数进行图片相似度计算,计算简单的图片相似度return similarity
def calculate_histogram_similarity(img1_path, img2_path):# 读取两张图片img1 = cv2.imread(img1_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)img2 = cv2.imread(img2_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)# 计算直方图hist1 = cv2.calcHist([img1], [0], None, [256], [0, 256])hist2 = cv2.calcHist([img2], [0], None, [256], [0, 256])# 归一化直方图cv2.normalize(hist1, hist1, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX)cv2.normalize(hist2, hist2, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX)# 比较直方图similarity = cv2.compareHist(hist1, hist2, cv2.HISTCMP_CORREL)print(similarity)#30%的几率是那应该不是一个东西if similarity <0.3:return similarityif similarity<0.6:similarity=calculate_complexity_similarity(img1str, img2str)return similarityif __name__ == '__main__':img1str='straw4.png'img2str='straw7.png'sim = calculate_histogram_similarity(img1str, img2str)print('图片相似度为：', sim)

//改进后的结果
在这里插入图片描述
//不同的形状的都返回负数
图片相似度为： -0.07563206074940822

5.根据评论区网友的建议进行测试
1.白描、素描、水彩均不能识别
2.显微镜(基本识别得出)和草莓酱(有几率识别70%,颜色太深识别不出,需要大数据来对比)
3.一堆草莓可以识别出来
在这里插入图片描述

#能识别显微镜下

#不能识别,添加了很多其他材料,或者是放太久果酱颜色变深

#可以识别

#加个干扰因素,和多个草莓 64%识别出来

4.以后改进的地方,上面的代码可以简单的检测颜色相同形状相同的问题,但是也面临着检测精度的不精确,我们可以录入多个图片如果取相似度最高的一张,当然性能不大好, 识别苹果和草莓达到40%相似率
//其实我们不需要自己下载所有图片来提高精确度,我们只需要和网络上的1000张图片对比,基本可以确定这个图片是不是我们要的草莓,这个思路也可以用在识别其他物体…

使用模糊的图片识别工具,识别图片是什么
使用我的代码,假设上面识别出草莓,就拿原来图片和百度的大量图片进行对比,取准确率最高的值在1000张图片中
假设上面识别错误,识别为人,也按照2的方法对比,返回错误结果,并且使用一个关键字文本写上生活中常见的物体,一一查询
其实最重要的是防止重复性的工作,还是需要图片训练,生成模型文件…

5.结论,这个案例仅仅只能实现简单的图片识别功能,并不能识别物体的区域,其实我们可以通过逐步缩小图片的范围来确定物体的位置,我发现使用多维数组来处理图片不是一个明智的选择,还得发现他们函数关系,多个图片又有多个函数关系…,一个图片有多个草莓怎么办…

6.改进,可以任意尺寸图片进行识别

import cv2
import numpy as npdef calculate_complexity_similarity(img1_path, img2_path):# 加载两张图片img1 = cv2.imread(img1_path)img2 = cv2.imread(img2_path)# 将图片转换为灰度图像gray_img1 = cv2.cvtColor(img1, cv2.COLOR_BGR2GRAY)gray_img2 = cv2.cvtColor(img2, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 创建ORB特征检测器orb = cv2.ORB_create()# 检测特征点和描述符kp1, des1 = orb.detectAndCompute(gray_img1, None)kp2, des2 = orb.detectAndCompute(gray_img2, None)# 将描述符类型转换为CV_8Udes1 = np.uint8(des1)des2 = np.uint8(des2)# 创建暴力匹配器bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=True)# 进行特征匹配matches = bf.match(des1, des2)similarity = 0.0# 根据特征点匹配结果计算相似度if len(matches) > 0:similarity = sum([match.distance for match in matches]) / len(matches)print('图片相似度为：', similarity)else:print('未找到匹配的特征点')return similaritydef calculate_histogram_similarity(img1_path, img2_path):# 读取两张图片img1 = cv2.imread(img1_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)img2 = cv2.imread(img2_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)# 计算直方图hist1 = cv2.calcHist([img1], [0], None, [256], [0, 256])hist2 = cv2.calcHist([img2], [0], None, [256], [0, 256])# 归一化直方图cv2.normalize(hist1, hist1, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX)cv2.normalize(hist2, hist2, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX)# 比较直方图similarity = cv2.compareHist(hist1, hist2, cv2.HISTCMP_CORREL)if similarity < 0.2:return similarityif similarity < 0.6:# 检查ORB描述符是否可用，若不可用则直接返回较低的相似度值orb = cv2.ORB_create()kp1, des1 = orb.detectAndCompute(img1, None)kp2, des2 = orb.detectAndCompute(img2, None)if des1 is None or des2 is None:print('未找到足够的特征点')return 0.1# 转换描述符类型des1 = np.uint8(des1)des2 = np.uint8(des2)# 进行特征匹配bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=True)matches = bf.match(des1, des2)orb_similarity = 0.0if len(matches) > 0:orb_similarity = sum([match.distance for match in matches]) / len(matches)print('ORB图片相似度为：', orb_similarity)else:print('未找到匹配的特征点')return orb_similarityreturn similarityif __name__ == '__main__':img1_path = 'pic/straw1.png'img2_path = 'pic/smstraw1.png'sim = calculate_histogram_similarity(img1_path, img2_path)print('图片相似度为：', sim)

7.识别多颗草莓,就需要把一张图片分为多个区域,然后分别识别,比如我下面草莓分为4个区域去识别
在这里插入图片描述

//代码

import cv2
import numpy as npdef calculate_complexity_similarity(img1_path, img2_path):# 加载两张图片img1 = cv2.imread(img1_path)img2 = cv2.imread(img2_path)# 将图片转换为灰度图像gray_img1 = cv2.cvtColor(img1, cv2.COLOR_BGR2GRAY)gray_img2 = cv2.cvtColor(img2, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 创建ORB特征检测器orb = cv2.ORB_create()# 检测特征点和描述符kp1, des1 = orb.detectAndCompute(gray_img1, None)kp2, des2 = orb.detectAndCompute(gray_img2, None)# 将描述符类型转换为CV_8Udes1 = np.uint8(des1)des2 = np.uint8(des2)# 创建暴力匹配器bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=True)# 进行特征匹配matches = bf.match(des1, des2)similarity = 0.0# 根据特征点匹配结果计算相似度if len(matches) > 0:similarity = sum([match.distance for match in matches]) / len(matches)print('图片相似度为：', similarity)else:print('未找到匹配的特征点')return similaritydef calculate_histogram_similarity(img1_path, img2_path):# 读取两张图片img1 = cv2.imread(img1_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)img2 = cv2.imread(img2_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)# 计算直方图hist1 = cv2.calcHist([img1], [0], None, [256], [0, 256])hist2 = cv2.calcHist([img2], [0], None, [256], [0, 256])# 归一化直方图cv2.normalize(hist1, hist1, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX)cv2.normalize(hist2, hist2, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX)# 比较直方图similarity = cv2.compareHist(hist1, hist2, cv2.HISTCMP_CORREL)if similarity < 0.2:return similarity# 将第二个图片切割为4个区域并分别计算相似度h, w = img2.shape[:2]img2_1 = img2[:h // 2, :w // 2]img2_2 = img2[:h // 2, w // 2:]img2_3 = img2[h // 2:, :w // 2]img2_4 = img2[h // 2:, w // 2:]sim_list = []# 创建ORB特征检测器orb = cv2.ORB_create()kp1, des1 = orb.detectAndCompute(img1, None)# 计算四个区域的相似度for img in [img2_1, img2_2, img2_3, img2_4]:kp2, des2 = orb.detectAndCompute(img, None)if des1 is None or des2 is None:print('未找到足够的特征点')sim_list.append(0.1)else:des1 = np.uint8(des1)des2 = np.uint8(des2)bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=True)matches = bf.match(des1, des2)orb_similarity = 0.0if len(matches) > 0:orb_similarity = sum([match.distance for match in matches]) / len(matches)sim_list.append(orb_similarity)max_sim = max(sim_list)print('图片相似度为：', max_sim)return max_simif __name__ == '__main__':img1_path = 'pic/straw1.png'img2_path = 'pic/straw2.png'# 加载两张图片img1 = cv2.imread(img1_path)img2 = cv2.imread(img2_path)# 计算ORB特征相似度orb_similarity = calculate_complexity_similarity(img1_path, img2_path)# 计算直方图相似度hist_similarity = calculate_histogram_similarity(img1_path, img2_path)# 将第二张图片切割为4个区域h, w = img2.shape[:2]img2_1 = img2[:h // 2, :w // 2]img2_2 = img2[:h // 2, w // 2:]img2_3 = img2[h // 2:, :w // 2]img2_4 = img2[h // 2:, w // 2:]# 在图片上绘制绿色框和相似度cv2.rectangle(img2, (0, 0), (w // 2, h // 2), (0, 255, 0), 2)cv2.putText(img2, f" {orb_similarity:.2f}", (10, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (0, 255, 0), 2)cv2.rectangle(img2, (w // 2, 0), (w, h // 2), (0, 255, 0), 2)cv2.putText(img2, f" {hist_similarity:.2f}", (w // 2 + 10, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (0, 255, 0), 2)cv2.rectangle(img2, (0, h // 2), (w // 2, h), (0, 255, 0), 2)cv2.putText(img2, f" {orb_similarity:.2f}", (10, h // 2 + 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (0, 255, 0), 2)cv2.rectangle(img2, (w // 2, h // 2), (w, h), (0, 255, 0), 2)cv2.putText(img2, f" {hist_similarity:.2f}", (w // 2 + 10, h // 2 + 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (0, 255, 0), 2)# 显示结果图片cv2.namedWindow('Image', cv2.WINDOW_NORMAL)cv2.resizeWindow('Image', 800, 600)cv2.imshow('Image', cv2.resize(img2, (0, 0), fx=0.5, fy=0.5))cv2.waitKey(0)cv2.destroyAllWindows()