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简单的 .NET 图像比较

Jakob Farian Krarup
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4.89/5 (192投票s)

2012年4月27日

CPOL

8分钟阅读

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一组 .NET 扩展方法，用于获取图像之间的差异等...

引言  

最初是一组用于 System.Drawing.Image 类的简单扩展方法，它允许你

  • 根据你选择的阈值，以百分比值的形式找出两张图片有多大差异
  • 获取差异图像，显示出两者不同的地方
  • 获取原始数据的差异，供你自己使用  

根据收到的反馈，该解决方案已扩展为

  • 一个可供 COM 调用的 DLL（仍需测试 - 有人吗？）
  • 一个控制台版本，可以将两张图片的路径作为参数，并以错误级别返回差异
  • 在文件夹中或图像路径列表中查找重复项的能力

另外，你还可以获得用于调整图像大小或将其转换为灰度的扩展方法。 

根据在这里收到的反馈，我

背景

你无需阅读本章即可使用这些扩展方法，所以如果你不关心我是如何创建软件的 - 只需跳到“使用代码”部分.

有一天晚上，我兴致勃勃地编写了一个小工具，用于从 RSS feed 的帖子中下载图片，这时我产生了第一个想法：“如果博客帖子中的链接指向另一个被引用为来源的帖子，为什么不让代码去那里检查是否有更高分辨率的图片版本呢？”然后我想，“但是原始图片的名称可能与我在帖子中第一次看到的名称不同” Frown | <img src=

所以，我必须找到一种方法来比较两张图片的视觉表示。我数学不是特别好，所以在谷歌搜索并找到各种使用 小波、关键点匹配等算法（这似乎超出了我的理解范围 Wink | <img src= ）后，我发现有些人使用 直方图 取得了不错的效果。所以，我首先沿着这条路走了。

直方图

直方图是一种表示图片中包含哪些颜色类型的方法。你可以创建一个直方图来描述图像中的亮度或红色、绿色或蓝色值。创建直方图的基本方法是查看位图中的每个像素，然后找出你正在查看的属性（RGB）的值。对于每个可能的值（通常是 0-255），你都有一个变量，你对其进行递增。这样，当你处理完所有像素后，你就可以迭代这些变量，看看有多少像素具有低值、中值和高值的亮度、R、G 或 B。我为此折腾了几个小时，但最终发现，仅仅通过直方图不足以检测图片中的差异，因为两张完全不同的图片，如果它们描绘了几乎相同的东西（例如，两片玉米地），并且具有相同的颜色/亮度构成，那么就很难区分。我尝试通过平均颜色和 方差 来比较它们，但都没有成功。

好消息是，作为我工作的副产品，现在有了 Bitmap 类的直方图扩展方法：GetRgbHistogram 和 GetRgbHistogramBitmap。

//get a histogram as an image
Bitmap bmpHist =  img1.GetRgbHistogramBitmap();   
//save it
bmpHist.Save("C:\\bmphist.png");

//get a histogram object
Histogram hist =  img1.GetRgbHistogram(); //basically three arrays for RGB values
//show it in the console
Console.WriteLine(hist.ToString());

请随意使用它们 Smile | <img src= 
注意：基于 Svansickle 在这篇关于直方图的文章上的评论，我实现了 Bhattacharyya 直方图算法，这是一种基于归一化直方图比较两张图片的方法。
你可以尝试一下，看看这种比较两张图片的方法是否更适合你的目的。我添加此功能是因为它看起来很有趣，我很想知道你是否找到了它的用途：)

简化

对我来说，直方图是一条死胡同。但在谷歌搜索更多之后，我读到一些论坛帖子建议，如果将图片缩小到很小的尺寸，甚至将其转换为灰度，那么差异会更快、更简单地找到。值得一试。

使用 .NET Framework，我可以轻松地调整图像大小。然后我找到了 一些可以将图像转换为灰度的代码。现在，剩下的就是遍历两张图片的像素进行比较，然后找出有多少像素是不同的。

这里是我使用的两张图片，包括一个 XBOX 控制器、一张带文字和不带文字的便签，以及两支不同颜色的笔。

我想先使用每张图片的灰度、16x16 像素版本，看看是否需要更高的分辨率才能实际使用。

两张 16x16 像素图片的放大版本

对于每个像素，我将计算其亮度值与另一张图片相同位置的像素的亮度值之差，并将其保存在一个双精度字节数组中（因为 Bitmap 中的 R、G 和 B 值可以在 0 到 255 之间）。然后，我将计算双精度数组中所有非零值的数量，除以图像中的像素数量（256），然后就得到了百分比的差异值 - 对吗？... 不完全对 Smile | <img src= 

正如你在这里看到的，它足以可视化两张图片之间的差异

...而且低分辨率似乎还可以 - 太棒了！Big Grin | <img src=  

但是...！

不过有个小问题。我的算法还找到了肉眼看不见的差异。在这里或那里，JPEG 在相同分辨率下重新编码，或者相同分辨率但不同图片的图像突然显示出大量值为 1 或 2 的差异。这很容易导致我出现五十个像素的差异，而 255 个像素中的五十个大约是 20%，这使得算法过于粗糙，因为人眼可能看不到任何差异。所以我引入了一个阈值（差异必须超过这个值才会被计算）。

使用阈值

在这里，你可以看到一张 200 像素宽的图片和同一张图片的 100 像素宽版本之间的差异

你可以看到导致上述结果的阈值（红色文本）。默认情况下，低于 4 的像素差异值现在被视为没有差异，并且可以通过提供一个可选参数给扩展方法来调整。

//find out how different two images are, with a threshold of 5 in the lightness of pixels
int threshold = 5;
float percentageDifference = img1.PercentageDifference(img2, threshold);

这还可以让你根据自己的需求调整代码的灵敏度。对我来说，默认阈值为三就可以了，但请随意尝试，根据你的心情或任务需求进行调整。

大家，这就是全部内容了！

我的故事就到这里。我现在能够检测两张图片是否相似，它们差异有多大，以及在哪里不同，这正是我想要的 - 太棒了！XD。

希望你喜欢阅读我的小编码故事，希望你能以某种方式使用这些代码。

此致 - Jakob "XnaFan" Krarup。

使用代码

获取 DLL

你只需要下载 DLL 或完整解决方案（见文章顶部），在你的代码文件中添加对 XnaFan.ImageComparison.dll 的引用，以及一个 using XnaFan.ImageComparison 语句 - 这样就可以开始使用了。

使用 ImageTool 的公共方法

//use this method to find the difference between two images (returns a float between 0 and 1)
float GetPercentageDifference(string image1Path, string image2Path, byte threshold = 3)

//use this method to find the difference in percent between the Bhattacharyya histograms
//Bhattacharyya histogram is a normalized histogram, see comments...
float GetBhattacharyyaDifference(string image1Path, string image2Path)

//Use these methods to get a list of duplicate images in a specific folder
​List<List<string>> GetDuplicateImages(string folderPath, bool checkSubfolders)
List<List<string>> GetDuplicateImages(IEnumerable<string> pathsOfPossibleDuplicateImages)

使用 Image 和 Bitmap 的扩展方法

//get the difference between an image and another
float PercentageDifference(this Image img1, Image img2, byte threshold = 3)

//get a visualization of the difference between an image and another
//  (see "Visualizing the differences" below)
Bitmap GetDifferenceImage(this Image img1, Image img2, 
        bool adjustColorSchemeToMaxDifferenceFound = false, bool absoluteText = false)

//get the differences as a 16x16 array of bytes
byte[,] GetDifferences(this Image img1, Image img2)

//get the grayscalevalues as a 16x16 array of bytes
byte[,] GetGrayScaleValues(this Image img)

//get a grayscaled version of an image
Image GetGrayScaleVersion(this Image original)

//get a resized version of an image
Image Resize(this Image originalImage, int newWidth, int newHeight)

//get a bitmap containing the histogram for an image (see "Histograms" above)
Bitmap GetRgbHistogramBitmap(this Bitmap bmp)

//get histogram information about bitmap
Histogram GetRgbHistogram(this Bitmap bmp)

可视化差异

我包含了使用黑色到粉红色的调色板（对应于 0 到 255 的值）或让调色板映射到当前最大值的可能性，来对差异位图进行着色。这将使你能够根据需要突出显示小差异或保持它们暗淡。在这里看到差异

这是使用参数 adjustColorSchemeToMaxDifferenceFound 为 true 或 false 时的差异

Bitmap diffNoAdjust = bmp1.GetDifferenceBitmap(bmp2);
Bitmap diffAdjusted = bmp1.GetDifferenceBitmap(bmp2, true);

在使用代码时遇到任何问题，或有改进建议 - 请告诉我。

包含示例控制台和 WPF 应用程序

为了帮助你入门，我包含了一个示例控制台应用程序和一个 WPF 应用 - 展示了如何使用代码。WPF 还有代码可以让你在 System.Drawing.Image（“常规” .NET）和 System.Windows.Media.Imaging.BitmapSource（WPF）之间进行转换。我刚开始接触 WPF，所以这是一次失败中学习的经历。不要在那里寻找任何最佳实践 ;-D。

控制台版本 

一位读者要求提供该功能的命令行版本，所以现在也有了一个命令行版本，它将图像之间的差异返回为错误级别，这样你就可以从批处理文件或其他编程语言中使用它。

用法 

 ImageComparisonConsole.exe [image1 path] [image2 path]

这是一个使用它的示例批处理文件： 

@echo off 
<pre>REM saving paths to images 
REM you can also use absolute paths. i.e "C:\something.png"  
set image1="firefox1.png" 
set image2="firefox2.png"  
REM print what is about to happen
echo 'ConsoleImageComparison.exe %image1% %image2%'   

REM execute the program  
call ConsoleImageComparison.exe %image1% %image2% 
REM tell what the detected difference is 
echo The difference is %ERRORLEVEL%%%

你只需将两个图像文件拖到控制台应用程序上，就会设置错误级别，或者将它们拖到一个调用应用程序并显示错误级别的批处理文件中，等等。

这只是一个工具 - 你决定如何使用它：)

历史 

  • 2012 年 4 月 - 1.0 版本。 
  • 2012 年 12 月 - 1.1 版本 - 小澄清
  • 2013 年 1 月 - 1.2 版本 - 添加了控制台版本，该版本设置错误级别
  • 2014 年 9 月 - 1.3 版本 -释放了图片 - 感谢下面的评论者：)
  • 2014 年 11 月 - 1.4 版本 - 比较方法的 COM 兼容性
  • 2014 年 11 月 - 1.5 版本 - 添加了查找重复项功能
  • 2013 年 11 月 - 1.6 版本 - 实现Bhattacharyya（归一化）直方图，并释放了 Image 对象（感谢评论者！... 你知道你是谁 ;-))
  • 2021 年 6 月 - 在 Github 上发布了 .NET Core 版本 
    • 仅包含比较两张图片和查找图片重复项的核心功能
    • 并行版本，用于更快地比较（使用 Parallel.ForEach）
    • 清理了功能、命名和注释
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