图像特征(四)hash特征

感知哈希算法:
1.基于低频的均值哈希
一张图片就是一个二维信号,它包含了不同频率的成分。如下图所示,亮度变化小的区域是低频成分,它描述大范围的信息。而亮度变化剧烈的区域(比如物体的边缘)就是高频的成分,它描述具体的细节。或者说高频可以提取图片详细的信息,而低频可以提供一个框架。
图像特征(四)hash特征
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而一张大的,详细的图片有很高的频率,而小图片缺乏图像细节,所以都是低频的。所以我们平时的下采样,也就是缩小图片的过程,实际上是损失高频信息的过程。
图像特征(四)hash特征
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均值哈希算法主要是利用图片的低频信息,其工作过程如下:
(1)缩小尺寸:去除高频和细节的最快方法是缩小图片,将图片缩小到8*8尺寸,总共64个像素。不要保持纵横比,只需将其变成8*8的正方形。这样就可以比较任意大小的图片,摒弃不同尺寸、比例带来的图片差异。
(2)简化色彩:将8*8的小图片转化成灰度图像。
(3)计算平均值:计算所有64个像素的灰度平均值。
(4)比较像素的灰度:将每个像素的灰度,与平均值进行比较。大于或等于平均值,记为1;小于平均值,记为0.
(5)计算hash值:将上一步的比较结果,组合在一起,就构成了一个64位的整数,这就是这张图片的指纹。组合的次序并不重要,只要保证所有图片都采用同样次序就行了。
最大的优点:计算速度快。
【图像特征(四)hash特征】2.增强版:pHash
均值哈希虽然简单,但受均值的影响非常大。例如对图像进行伽马校正或直方图均衡就会影响均值,从而影响最终的hash值。存在一个更健壮的算法叫pHash。他将均值的方法发挥到极致。使用离散余弦变换(DCT)来获取图片的低频成分。
离散余弦变换(DCT)是种图像压缩算法,它将图像从像素域变换到频率域。然后一般图像都存在很多冗余和相关性的,所以转换到频率域之后,只有很少一部分频率分量的系数才不为0,大部分系数都为0(或者说接近于0)。下图的右图是对左图进行离散余弦变换得到的系数矩阵。从左上角依次到右下角,频率越来越高,由图可以看到,左上角的值比较大,到右下角的值就很小很小了。换句话说,图像的能量几乎都集中在左上角这个地方的低频系数上面了。
pHash的工作过程如下:
(1)缩小尺寸:pHash以小图片开始,但图片大于8*8,32*32是最好的。这样做的目的是简化了DCT的计算,而不是减小频率。
(2)简化色彩:将图片转化成灰度图像,进一步简化计算量。
(3)计算DCT:计算图片的DCT变换,得到32*32的DCT系数矩阵。
(4)缩小DCT:虽然DCT的结果是32*32大小的矩阵,但我们只要保留左上角的8*8的矩阵,这部分呈现了图片中的最低频率。
(5)计算平均值:如同均值哈希一样,计算DCT的均值。
(6)计算hash值:这是最主要的一步,根据8*8的DCT矩阵,设置0或1的64的hash值,大于等于DCT均值的设为1,小于DCT均值的设为0.组合在一起,就构成了一个64位的整数,这就是这张图片的指纹。
结果并不能告诉我们真实性的低频率,只要粗略的告诉我们相对于平均值频率的相对比例。只要图片的整体结构保持不变,hash结果值就不变。能够避免伽马矫正或颜色直方图被调整带来的影响。
与均值哈希一样,pHash同样可以用汉明距离来进行比较。

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