google的搜索引擎算法是强大的,针对这个问题 ,一些人址请教了算法组的朋友,他们分享了基本的思路,在这里表示感谢:

 

  对于这种图像搜索的算法 ,一般是三个步骤:

 

  1. 将目标图片进行特征提取,描述图像的算法很多,用的比较多的是:SIFT描述子 ,指纹算法函数,bundling features算法,hash function(散列函数)等。也可以根据不同的图像 ,设计不同的算法,比如图像局部N阶矩的方法提取图像特征 。

  2. 将图像特征信息进行编码,并将海量图像编码做查找表。对于目标图像 ,可以对分辨率较大的图像进行降采样 ,减少运算量后在进行图像特征提取和编码处理。

 

  3. 相似度匹配运算:利用目标图像的编码值,在图像搜索引擎中的图像数据库进行全局或是局部的相似度计算;根据所需要的鲁棒性,设定阈值 ,然后将相似度高的图片预保留下来;最后应该还有一步筛选最佳匹配图片,这个应该还是用到特征检测算法 。

 

  其中每个步骤都有很多算法研究,围绕数学 ,统计学,图像编码,信号处理等理论进行研究。

 

  下面是阮一峰的一个最简单的实现:

 

  你输入Google图片的网址 ,或者直接上传图片,Google就会找出与其相似的图片。下面这张图片是美国女演员Alyson Hannigan 。

 

   

 


  上传后,Google返回如下结果:

 

   

 


  这种技术的原理是什么?计算机怎么知道两张图片相似呢?

 

  根据Neal Krawetz博士的解释 ,原理非常简单易懂。我们可以用一个快速算法,就达到基本的效果。

 

  这里的关键技术叫做"感知哈希算法"(Perceptual hash algorithm),它的作用是对每张图片生成一个"指纹"(fingerprint)字符串 ,然后比较不同图片的指纹 。结果越接近 ,就说明图片越相似。

 

  下面是一个最简单的实现:

 

  第一步,缩小尺寸。

 

  将图片缩小到8x8的尺寸,总共64个像素 。这一步的作用是去除图片的细节 ,只保留结构、明暗等基本信息,摒弃不同尺寸、比例带来的图片差异 。

 

  



  第二步,简化色彩。

 

  将缩小后的图片 ,转为64级灰度。也就是说,所有像素点总共只有64种颜色 。

 

  第三步,计算平均值。

 

  计算所有64个像素的灰度平均值。

 

  第四步 ,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。

 

  第五步,计算哈希值 。

 

  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。

 

  



  得到指纹以后,就可以对比不同的图片 ,看看64位中有多少位是不一样的 。在理论上,这等同于计算"汉明距离"(Hamming distance)。如果不相同的数据位不超过5,就说明两张图片很相似;如果大于10 ,就说明这是两张不同的图片。

 

  具体的代码实现,可以参见Wote用python语言写的imgHash.py 。代码很短,只有53行 。使用的时候 ,第一个参数是基准图片,第二个参数是用来比较的其他图片所在的目录,返回结果是两张图片之间不相同的数据位数量(汉明距离)。

 

  这种算法的优点是简单快速 ,不受图片大小缩放的影响,缺点是图片的内容不能变更。如果在图片上加几个文字,它就认不出来了 。所以 ,它的最佳用途是根据缩略图 ,找出原图。

 

  实际应用中,往往采用更强大的pHash算法和SIFT算法,它们能够识别图片的变形。只要变形程度不超过25% ,它们就能匹配原图 。这些算法虽然更复杂,但是原理与上面的简便算法是一样的,就是先将图片转化成Hash字符串 ,然后再进行比较。

 


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