曾经有一篇文章简单的介绍了CBIR(Content-Based Image Retrieval)，详细内容猛戳基于内容的图像检索技(CBIR)术相术介绍。CBIR由于其应用的广泛性，特别是近年来，随着数码设备的迅猛普及，网络上的图片每天以几十亿级的速度猛增，而且对于一些摄影爱好者和自拍族来说，电脑和存储设备里更是有数不清的图片，如何从这么多图片中找到自己所需的图片是困惑很多人的难题。而CBIR正是这问题的一种一种很好的解决方式。

本文将介绍用Python和OpenCV创建一个简单的图片搜索引擎。

系统架构：

CBIR系统的构建主要包括：

1)定义图像描述符(图像特征提取)

这一阶段，需要决定描述图像的哪一方面。图像的可描述特征很多、包括颜色、形状、纹理、能量等，而颜色有分为很多种，如颜色直方图、颜色矩等。在这一阶段，我们选定要提取的颜色特征，根据应用的不同，选取的颜色特征可以是一种或多种。

2)索引化数据集(存储)

现在有了图像描述符，接着就是将这个图像描述符应用得到数据集中的每幅图像，提取这些图像的特征，将其存储起来(如CSV文件、RDBMS、Redis数据库中)，这样后续步骤就能使用以便比较。

3)定义相似矩阵

很好，现在有了许多特征向量。但如何比较这些特征向量呢？比较常用的流行的相似性度量方式有：欧几里德距离、余弦距离、或卡方距离、巴氏距离、闵式距离、相关性等。但实际中取决于两点：①、数据集；②、提取的特征类型。

4)检索

上面步骤都完成了，剩下的就是根据输入的图片，从图像库中检索相似的图像并返回了。用户会向系统提交一幅需要搜索的图片(例如从上传窗口或通过移动App提交)，而你的任务是：1、提取这幅图像的特征；2、使用相似度函数将这幅图像的特征与已经索引化的特征进行比较。这样，只需根据相似度函数的结果，返回相关的图像就可以了。

环境说明：

python3.6

opencv3

执行说明：

1、首先生成index检索文件：python index.py  -d   d:/picture/test/    -i   d:/picture/index.csv

2、接着就是搜索相似图片：python Search.py  -i d:/picture/index.csv   -q   d:/picture/test/1.jpg   -r   d:/picture/test/

数据集如下：

展示的结果：

下面是代码部分：

ColorDescriptor.py

importnumpy as npimportcv2classColorDescriptor:def __init__(self, bins):#store the number of bins for the HSV histogram

self.bins =binsdefdescribe(self, image):#convert the image into HSV color space

image =cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2HSV)

features=[]#grab the dimensions and compute the center of the image

(h,w) = image.shape[:2]

(cx,cy)= (int(w*0.5), int(h*0.5))#segment the image

segments =[(0,cx,0,cy),(cx,w,0,cy),(cx,w,cy,h),(0,cx,cy,h)]#construct an elliptical mask representing the center of the image

(axesX, axesY) =(int(w*0.75)/2, int(h*0.75)/2)

ellipMask= np.zeros(image.shape[:2],dtype="unit8")

cv2.ellipse(ellipMask,(cx,cy),(axesX,axesY),0,0,360,255,-1)#loop over the segments

for(startX,endX, startY, endY) insegments:

cornerMask= np.zeros(image.shpae[:2],dtype="unit8")

cv2.rectangle(cornerMask,(startX,startY),(endX,endY),255,-1)

cornerMask=cv2.subtract(cornerMask, ellipMask)#compute the histogram

hist =self.histogram(image, cornerMask)

features.extend(hist)#compute the ellipse histogram

hist =self.histogram(image, ellipMask)

features.extend(hist)#return the feature vectr

returnfeatures#define the function of histogram

defhistogram(self, image, mask):#extract the color histogram from the masked region

hist = cv2.calcHist([image],[0,1,2],mask, self.bins,[0,180,0,256,0,256])

hist=cv2.normalize(hist).flatten()returnhist

index.py：

"CBIR(Content-Base Image Retrieval)--Extract Features and Indexing"

importColorDescriptorimportargparseimportglobimportcv2

ap=argparse.ArgumentParser()

ap.add_argument("-d", "--dataset", required=True, help="Path to the directory that cntains the images to be indexed")

ap.add_argument("-i", "--index", required=True, help="Path to where the computed index will be stored")

args=vars(ap.parse_args())

cd= ColorDescriptor.ColorDescriptor((8,12,3))#Open the output index file for writing

output = open(args["index"],"w")#use glob to grab the image paths and loop over them

for imagePath in glob.glob(args["dataset"]+"/*.jpg"):#extract the image ID from the image

imageID = imagePath[imagePath.rfind("\\")+1:]

image=cv2.imread(imagePath)#describe the image

features =cd.describe(image)#write feature to file

features = [str(f) for f infeatures]

output.write("%s,%s\n" %(imageID,",".join(features)))#close index file

output.close()

Searcher.py：

"CBIR(Content-Base Image Retrieval)--Similarity and Search"

importnumpy as np#use for processing index.csv

importcsvclassSearcher:def __init__(self, indexPath):

self.indexPath=indexPathdef chi2_distance(self, histA, histB, eps=1e-10):#compute the chi-squred distance

d = 0.5*np.sum([((a-b)**2)/(a+b+eps) for(a,b) inzip(histA,histB)])returnddef search(self, queryFeatures, limit=10):

results={}#open the index file for reading

with open(self.indexPath) as f:#initialize the CSV reader

reader =csv.reader(f)#loop over the rows in the index

for row inreader:#parse out the imageID and features,

#then compute the chi-squared distance

features = [float(x) for x in row[1:]]

d=self.chi2_distance(features, queryFeatures)

results[row[0]]=d

f.close()

results= sorted([(v,k) for (k,v) inresults.items()])returnresults[:limit]#def chi2_distance(self, histA, histB, eps=1e-10):

## compute the chi-squred distance

#d = 0.5*np.sum([((a-b)**2)/(a+b+eps) for(a,b) in zip(histA,histB)])

#return d

Search.py：

"CBIR(Content-Base Image Retrieval)--Search"

importargparseimportcv2importColorDescriptorimportSearcher

ap=argparse.ArgumentParser()

ap.add_argument("-i", "--index", required=True, help="Path to where the computed index will be stored")

ap.add_argument("-q", "--query", required=True, help="Path to query image")

ap.add_argument("-r", "--result_path", required = True, help="Path to the result Path")

args=vars(ap.parse_args())

cd= ColorDescriptor.ColorDescriptor((8,12,3))#load the query image and describe it

query = cv2.imread(args["query"])

features=cd.describe(query)#perform the search

searcher = Searcher.Searcher(args["index"])

results=searcher.search(features)#display the query

cv2.imshow("Query", query)#loop over the results

for(score, resultID) inresults:#load the result image and display it

print(args["index"]+"/"+resultID)

result= cv2.imread(args["result_path"]+"/"+resultID)

cv2.imshow("Result",result)

cv2.waitKey(0)

参考文章：http://python.jobbole.com/80860/