php - 如何使用 php 比较图像相似度而不考虑比例、旋转？

转载作者：IT王子更新时间：2023-10-29 00:03:40

我想比较下图的相似度。根据我的要求，我想将所有这些图像识别为相似，因为它使用相同的颜色、相同的剪贴画。这些图像的唯一区别是旋转、缩放和剪贴画的位置。由于所有 3 件 T 恤都使用了相同的颜色和剪贴画，我想将所有 3 个图像识别为相似。我尝试了hackerfactor.com中描述的方法.但是根据我的要求，它并没有给我正确的结果。如何将所有这些图像识别为相似？您有什么建议吗？请帮帮我。

enter image description here

下面的图片应该被识别为与上面的图片不同。(即使T恤颜色相同，剪贴画也不同。最后一件T恤与上面不同，因为它使用了相同的剪贴画，但是两次。)

Image A Image B Image C

最佳答案

已移至 GitHub

因为这个问题很有趣，所以我把整个问题都移到了 GitHub 上，在那里你可以找到当前的实现: ImageCompare

原始答案

我采用了一种非常简单的方法，使用 img-resize 并比较调整大小后的图像的平均颜色。

$binEqual = [
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/D8ct1.png'),
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/xNZt1.png'),
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/kjGjm.png')
];

$binDiff = [
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/WIOHs.png'),
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/ljoBT.png'),
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/qEKSK.png')
];


function getAvgColor($bin, $size = 10) {

    $target = imagecreatetruecolor($size, $size);
    $source = imagecreatefromstring($bin);

    imagecopyresized($target, $source, 0, 0, 0, 0, $size, $size, imagesx($source), imagesy($source));

    $r = $g = $b = 0;

    foreach(range(0, $size - 1) as $x) {
        foreach(range(0, $size - 1) as $y) {
            $rgb = imagecolorat($target, $x, $y);
            $r += $rgb >> 16;
            $g += $rgb >> 8 & 255;
            $b += $rgb & 255;
        }
    }   

    unset($source, $target);

    return (floor($r / $size ** 2) << 16) +  (floor($g / $size ** 2) << 8)  + floor($b / $size ** 2);
}

function compAvgColor($c1, $c2, $tolerance = 4) {

    return abs(($c1 >> 16) - ($c2 >> 16)) <= $tolerance && 
           abs(($c1 >> 8 & 255) - ($c2 >> 8 & 255)) <= $tolerance &&
           abs(($c1 & 255) - ($c2 & 255)) <= $tolerance;
}

$perms = [[0,1],[0,2],[1,2]];

foreach($perms as $perm) {
    var_dump(compAvgColor(getAvgColor($binEqual[$perm[0]]), getAvgColor($binEqual[$perm[1]])));
}

foreach($perms as $perm) {
    var_dump(compAvgColor(getAvgColor($binDiff[$perm[0]]), getAvgColor($binDiff[$perm[1]])));
}

对于使用的尺寸和颜色公差，我得到了预期的结果:

bool(true)
bool(true)
bool(true)
bool(false)
bool(false)
bool(false)

更高级的实现

要比较的空 T 恤: Plain T-Shirt

$binEqual = [
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/D8ct1.png'),
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/xNZt1.png'),
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/kjGjm.png')
];

$binDiff = [
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/WIOHs.png'),
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/ljoBT.png'),
    file_get_contents('http://i.stack.imgur.com/qEKSK.png')
];

class Color {
    private $r = 0;
    private $g = 0;
    private $b = 0;

    public function __construct($r = 0, $g = 0, $b = 0)
    {
        $this->r = $r;
        $this->g = $g;
        $this->b = $b;
    }

    public function r()
    {
        return $this->r;
    }

    public function g()
    {
        return $this->g;
    }

    public function b()
    {
        return $this->b;
    }

    public function toInt()
    {
        return $this->r << 16 + $this->g << 8 + $this->b;
    }

    public function toRgb()
    {
        return [$this->r, $this->g, $this->b];  
    }

    public function mix(Color $color)
    {
        $this->r = round($this->r + $color->r() / 2);
        $this->g = round($this->g + $color->g() / 2);
        $this->b = round($this->b + $color->b() / 2);
    }

    public function compare(Color $color, $tolerance = 500)
    {
        list($r1, $g1, $b1) = $this->toRgb();
        list($r2, $g2, $b2) = $color->toRgb();

        $diff = round(sqrt(pow($r1 - $r2, 2) + pow($g1 - $g2, 2) + pow($b1 - $b2, 2)));

        printf("Comp r(%s : %s), g(%s : %s), b(%s : %s) Diff %s \n", $r1, $r2, $g1, $g2, $b1, $b2, $diff);

        return  $diff <= $tolerance;
    }

    public static function fromInt($int) {
        return new self($int >> 16, $int >> 8 & 255, $int & 255);
    }
}


function getAvgColor($bin, $size = 5) {

    $target    = imagecreatetruecolor($size, $size);
    $targetTmp = imagecreatetruecolor($size, $size);

    $sourceTmp = imagecreatefrompng('http://i.stack.imgur.com/gfn5A.png');
    $source    = imagecreatefromstring($bin);

    imagecopyresized($target, $source, 0, 0, 0, 0, $size, $size, imagesx($source), imagesy($source));
    imagecopyresized($targetTmp, $sourceTmp, 0, 0, 0, 0, $size, $size, imagesx($source), imagesy($source));

    $r = $g = $b = $relPx = 0;

    $baseColor = new Color();

    foreach(range(0, $size - 1) as $x) {
        foreach(range(0, $size - 1) as $y) {
            if (imagecolorat($target, $x, $y) != imagecolorat($targetTmp, $x, $y))
                $baseColor->mix(Color::fromInt(imagecolorat($target, $x, $y)));
        }
    }

    unset($source, $target, $sourceTmp, $targetTmp);

    return $baseColor;

}

$perms = [[0,0], [1,0], [2,0], [1,0], [1,1], [1,2], [2,0], [2,1], [2,2]];

echo "Equal\n";
foreach($perms as $perm) {
    var_dump(getAvgColor($binEqual[$perm[0]])->compare(getAvgColor($binEqual[$perm[1]])));
}

echo "Different\n";
foreach($perms as $perm) {
    var_dump(getAvgColor($binEqual[$perm[0]])->compare(getAvgColor($binDiff[$perm[1]])));
}

结果:

Equal
Comp r(101 : 101), g(46 : 46), b(106 : 106) Diff 0 
bool(true)
Comp r(121 : 101), g(173 : 46), b(249 : 106) Diff 192 
bool(true)
Comp r(219 : 101), g(179 : 46), b(268 : 106) Diff 241 
bool(true)
Comp r(121 : 101), g(173 : 46), b(249 : 106) Diff 192 
bool(true)
Comp r(121 : 121), g(173 : 173), b(249 : 249) Diff 0 
bool(true)
Comp r(121 : 219), g(173 : 179), b(249 : 268) Diff 100 
bool(true)
Comp r(219 : 101), g(179 : 46), b(268 : 106) Diff 241 
bool(true)
Comp r(219 : 121), g(179 : 173), b(268 : 249) Diff 100 
bool(true)
Comp r(219 : 219), g(179 : 179), b(268 : 268) Diff 0 
bool(true)
Different
Comp r(101 : 446), g(46 : 865), b(106 : 1242) Diff 1442 
bool(false)
Comp r(121 : 446), g(173 : 865), b(249 : 1242) Diff 1253 
bool(false)
Comp r(219 : 446), g(179 : 865), b(268 : 1242) Diff 1213 
bool(false)
Comp r(121 : 446), g(173 : 865), b(249 : 1242) Diff 1253 
bool(false)
Comp r(121 : 654), g(173 : 768), b(249 : 1180) Diff 1227 
bool(false)
Comp r(121 : 708), g(173 : 748), b(249 : 1059) Diff 1154 
bool(false)
Comp r(219 : 446), g(179 : 865), b(268 : 1242) Diff 1213 
bool(false)
Comp r(219 : 654), g(179 : 768), b(268 : 1180) Diff 1170 
bool(false)
Comp r(219 : 708), g(179 : 748), b(268 : 1059) Diff 1090 
bool(false)

在此计算中，背景被忽略，导致平均颜色差异较大。

最终实现(OOP)

非常有趣的话题。所以我试着把它调高一点。现在这是一个完整的 OOP 实现。您现在可以创建一个新图像并减去它的一些蒙版以消除背景。然后您可以使用比较方法将一张图像与另一张图像进行比较。为了限制计算，最好先调整图像大小( mask 总是适合当前图像)

比较算法将两个图像自行分 block 为多个图 block ，然后消除几乎等于白色平均颜色的图 block ，然后比较所有剩余图 block 排列的平均颜色。

Class Image {

    const HASH_SIZE = 8;
    const AVG_SIZE = 10;

    private $img = null;

    public function __construct($resource)
    {
        $this->img = $resource;;
    }

    private function permute(array $a1, array $a2) {
        $perms = array();
        for($i = 0; $i < sizeof($a1); $i++) {
            for($j = $i; $j < sizeof($a2); $j++) {
                if ($i != $j) {
                    $perms[] = [$a1[$i], 
                    $a2[$j]];
                }
            }
        }

        return $perms;
    }

    public function compare(Image $comp) {
        $avgComp = array();

        foreach($comp->chunk(25) as $chunk) {
            $avgComp[] = $chunk->avg();
        }

        $avgOrg = array();

        foreach($this->chunk(25) as $chunk) {
            $avgOrg[] = $chunk->avg();
        }

        $white = Color::fromInt(0xFFFFFF);

        $avgComp = array_values(array_filter($avgComp, function(Color $color) use ($white){
            return $white->compare($color, 1000);
        }));

        $avgOrg = array_values(array_filter($avgOrg, function(Color $color) use ($white){
            return $white->compare($color, 1000);
        }));

        $equal = 0;
        $pairs = $this->permute($avgOrg, $avgComp);

        foreach($pairs as $pair) {
            $equal += $pair[0]->compare($pair[1], 100) ? 1 : 0;
        }

        return ($equal / sizeof($pairs));
    }

    public function substract(Image $mask, $tolerance = 50)
    {
        $size = $this->size();

        if ($mask->size() != $size) {
            $mask = $mask->resize($size);
        }

        for ($x = 0; $x < $size[0]; $x++) {
            for ($y = 0; $y < $size[1]; $y++) {
                if ($this->colorat($x, $y)->compare($mask->colorat($x, $y), $tolerance))
                    imagesetpixel($this->img, $x, $y, 0xFFFFFF);
            }
        }

        return $this;
    }

    public function avg($size = 10)
    {
        $target = $this->resize([self::AVG_SIZE, self::AVG_SIZE]);

        $avg   = Color::fromInt(0x000000);
        $white = Color::fromInt(0xFFFFFF);  

        for ($x = 0; $x < self::AVG_SIZE; $x++) {
            for ($y = 0; $y < self::AVG_SIZE; $y++) {
                $color = $target->colorat($x, $y);
                if (!$color->compare($white, 10))
                    $avg->mix($color);
            }
        }

        return $avg;
    }

    public function colorat($x, $y)
    {
        return Color::fromInt(imagecolorat($this->img, $x, $y));
    }

    public function chunk($chunkSize = 10)
    {
        $collection = new ImageCollection();
        $size = $this->size();

        for($x = 0; $x < $size[0]; $x += $chunkSize) {
            for($y = 0; $y < $size[1]; $y += $chunkSize) {
                switch (true) {
                    case ($x + $chunkSize > $size[0] && $y + $chunkSize > $size[1]):
                        $collection->push($this->slice(['x' => $x, 'y' => $y, 'height' => $size[0] - $x, 'width' => $size[1] - $y]));
                        break;
                    case ($x + $chunkSize > $size[0]):
                        $collection->push($this->slice(['x' => $x, 'y' => $y, 'height' => $size[0] - $x, 'width' => $chunkSize]));
                        break;
                    case ($y + $chunkSize > $size[1]):
                        $collection->push($this->slice(['x' => $x, 'y' => $y, 'height' => $chunkSize, 'width' => $size[1] - $y]));
                        break;
                    default:
                        $collection->push($this->slice(['x' => $x, 'y' => $y, 'height' => $chunkSize, 'width' => $chunkSize]));
                        break;
                }
            }
        }

        return $collection;
    }

    public function slice(array $rect)
    {
        return Image::fromResource(imagecrop($this->img, $rect));
    }

    public function size()
    {
        return [imagesx($this->img), imagesy($this->img)];
    }

    public function resize(array $size = array(100, 100))
    {
        $target = imagecreatetruecolor($size[0], $size[1]);
        imagecopyresized($target, $this->img, 0, 0, 0, 0, $size[0], $size[1], imagesx($this->img), imagesy($this->img));

        return Image::fromResource($target);
    }

    public function show()
    {
        header("Content-type: image/png");
        imagepng($this->img);
        die();
    }

    public function save($name = null, $path = '') {
        if ($name === null) {
            $name = $this->hash();
        }

        imagepng($this->img, $path . $name . '.png');

        return $this;
    }

    public function hash()
    {
                // Resize the image.
        $resized = imagecreatetruecolor(self::HASH_SIZE, self::HASH_SIZE);
        imagecopyresampled($resized, $this->img, 0, 0, 0, 0, self::HASH_SIZE, self::HASH_SIZE, imagesx($this->img), imagesy($this->img));
        // Create an array of greyscale pixel values.
        $pixels = [];
        for ($y = 0; $y < self::HASH_SIZE; $y++)
        {
            for ($x = 0; $x < self::HASH_SIZE; $x++)
            {
                $rgb = imagecolorsforindex($resized, imagecolorat($resized, $x, $y));
                $pixels[] = floor(($rgb['red'] + $rgb['green'] + $rgb['blue']) / 3);
            }
        }
        // Free up memory.
        imagedestroy($resized);
        // Get the average pixel value.
        $average = floor(array_sum($pixels) / count($pixels));
        // Each hash bit is set based on whether the current pixels value is above or below the average.
        $hash = 0; $one = 1;
        foreach ($pixels as $pixel)
        {
            if ($pixel > $average) $hash |= $one;
            $one = $one << 1;
        }
        return $hash;
    }

    public static function fromResource($resource)
    {
        return new self($resource);
    }

    public static function fromBin($binf)
    {
        return new self(imagecreatefromstring($bin));
    }

    public static function fromFile($path)
    {
        return new self(imagecreatefromstring(file_get_contents($path)));
    }
}

class ImageCollection implements IteratorAggregate
{
    private $images = array();

    public function __construct(array $images = array())
    {
        $this->images = $images;
    }

    public function push(Image $image) {
        $this->images[] = $image;
        return $this;
    }

    public function pop()
    {
        return array_pop($this->images);
    }

    public function save()
    {
        foreach($this->images as $image)
        {
            $image->save();
        }

        return $this;
    }

    public function getIterator() {
        return new ArrayIterator($this->images);
    }
}

class Color {
    private $r = 0;
    private $g = 0;
    private $b = 0;

    public function __construct($r = 0, $g = 0, $b = 0)
    {
        $this->r = $r;
        $this->g = $g;
        $this->b = $b;
    }

    public function r()
    {
        return $this->r;
    }

    public function g()
    {
        return $this->g;
    }

    public function b()
    {
        return $this->b;
    }

    public function toInt()
    {
        return $this->r << 16 + $this->g << 8 + $this->b;
    }

    public function toRgb()
    {
        return [$this->r, $this->g, $this->b];  
    }

    public function mix(Color $color)
    {
        $this->r = round($this->r + $color->r() / 2);
        $this->g = round($this->g + $color->g() / 2);
        $this->b = round($this->b + $color->b() / 2);
    }

    public function compare(Color $color, $tolerance = 500)
    {
        list($r1, $g1, $b1) = $this->toRgb();
        list($r2, $g2, $b2) = $color->toRgb();

        $diff = round(sqrt(pow($r1 - $r2, 2) + pow($g1 - $g2, 2) + pow($b1 - $b2, 2)));

        //printf("Comp r(%s : %s), g(%s : %s), b(%s : %s) Diff %s \n", $r1, $r2, $g1, $g2, $b1, $b2, $diff);

        return  $diff <= $tolerance;
    }

    public static function fromInt($int) {
        return new self($int >> 16, $int >> 8 & 255, $int & 255);
    }
}

$mask = Image::fromFile('http://i.stack.imgur.com/gfn5A.png');

$image1 = Image::fromFile('http://i.stack.imgur.com/D8ct1.png')->resize([50, 100])->substract($mask, 100);
$image2 = Image::fromFile('http://i.stack.imgur.com/xNZt1.png')->resize([50, 100])->substract($mask, 100);
$image3 = Image::fromFile('http://i.stack.imgur.com/kjGjm.png')->resize([50, 100])->substract($mask, 100);

$other1 = Image::fromFile('http://i.stack.imgur.com/WIOHs.png')->resize([50, 100])->substract($mask, 100);
$other2 = Image::fromFile('http://i.stack.imgur.com/ljoBT.png')->resize([50, 100])->substract($mask, 100);
$other3 = Image::fromFile('http://i.stack.imgur.com/qEKSK.png')->resize([50, 100])->substract($mask, 100);


echo "Equal\n";
var_dump(
    $image1->compare($image2),
    $image1->compare($image3),
    $image2->compare($image3)
);

echo "Image 1 to Other\n";
var_dump(
    $image1->compare($other1),
    $image1->compare($other2),
    $image1->compare($other3)
);

echo "Image 2 to Other\n";
var_dump(
    $image2->compare($other1),
    $image2->compare($other2),
    $image2->compare($other3)
);

echo "Image 3 to Other\n";
var_dump(
    $image3->compare($other1),
    $image3->compare($other2),
    $image3->compare($other3)
);

结果:

Equal
float(0.47619047619048)
float(0.53333333333333)
float(0.4)
Image 1 to Other
int(0)
int(0)
int(0)
Image 2 to Other
int(0)
int(0)
int(0)
Image 3 to Other
int(0)
int(0)
int(0)

关于php - 如何使用 php 比较图像相似度而不考虑比例、旋转？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/31261456/

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