python利用open-cv和SSIM和特征值比较两个图片的相似性

以下是关于 **SSIM（结构相似性指数）** 和 **特征匹配** 的详细解释及实际示例，帮助理解它们的区别和应用场景：

---

### **1. SSIM（结构相似性指数）**
#### **含义**：
- **SSIM** 是一种衡量两张图片在 **亮度（Luminance）**、**对比度（Contrast）** 和 **结构（Structure）** 三方面相似度的指标，值范围为 `[0, 1]`，越接近 1 表示越相似。
- **核心公式**：  
  \[
  \text{SSIM} = \text{亮度相似度} \times \text{对比度相似度} \times \text{结构相似度}
  \]

#### **适用场景**：
  - 全局结构相似的图片（如内容相同但颜色不同）。
  - 轻微压缩、模糊或亮度调整的图片对比。

#### **示例**：
  - **场景1**：两张内容完全相同的图片，但一张被调暗。  
    - **SSIM 结果**：可能为 `0.95`（结构未变，但亮度差异轻微扣分）。
  - **场景2**：一张猫的图片和一张狗的图片。  
    - **SSIM 结果**：可能为 `0.3`（结构完全不同）。

#### **局限性**：
  - 对颜色变化敏感（SSIM 通常使用灰度图计算，但亮度变化仍影响结果）。
  - 无法检测局部内容差异（如一张图片中多了一个小物体）。

---

### **2. 特征匹配（如ORB/SIFT算法）**
#### **含义**：
- **特征匹配** 通过检测图片中的关键点（如边缘、角点）并计算特征描述符，匹配两图中相似的关键点。相似度通常以 **匹配点数量占总关键点的比例** 表示。
- **核心步骤**：
  1. 检测关键点（如 ORB 算法）。
  2. 计算每个关键点的特征描述符。
  3. 匹配两图中的描述符，筛选优质匹配点。

#### **适用场景**：
  - 局部内容重叠的图片（如部分遮挡的物体）。
  - 颜色差异大但结构相似的图片。
  - 旋转、缩放或透视变换的图片。

#### **示例**：
  - **场景1**：两张内容相同的图片，但一张被旋转 45 度。  
    - **特征匹配结果**：匹配比例可能为 `0.85`（旋转不影响关键点匹配）。
  - **场景2**：一张完整建筑物的图片和另一张仅包含建筑物局部的图片。  
    - **特征匹配结果**：可能为 `0.6`（局部区域匹配成功）。

#### **局限性**：
  - 对模糊或低纹理图片效果差（关键点检测困难）。
  - 计算复杂度高，不适合实时大规模比对。

---

### **3. 综合示例**
#### **测试图片**：
  - **图片A**：原始猫的图片。
  - **图片B**：对图片A进行颜色反转（结构相同，颜色不同）。
  - **图片C**：图片A的 80% 区域，但右下角被裁剪。

#### **对比结果**：
| 对比对   | SSIM 得分 | 特征匹配得分 |
|----------|-----------|--------------|
| A vs B   | 0.25      | 0.92         |
| A vs C   | 0.65      | 0.78         |

#### **分析**：
- **A vs B**：  
  - **SSIM 低**：颜色反转导致亮度差异显著。  
  - **特征匹配高**：关键点结构未变，匹配成功。
- **A vs C**：  
  - **SSIM 中等**：裁剪导致全局结构变化。  
  - **特征匹配中等**：大部分区域关键点匹配，但裁剪部分丢失。

---

### **4. 实际应用建议**
- **组合使用**：  
  - 先用 **SSIM** 快速筛选全局相似的图片。
  - 再用 **特征匹配** 验证局部细节。
- **阈值设定**：  
  - SSIM > 0.8 → 高度相似。  
  - 特征匹配 > 0.7 → 局部内容重叠。

通过理解这两个指标的特点，可以更精准地判断图片相似性，适应颜色变化、局部遮挡等复杂场景。

代码，要安装open-cv，GUI界面可以选择某个文件夹，注意不能中文命名，否则opencv识别报错，然后把要对比的图片放到该文件夹中即可，代码如下：

 

import cv2
import numpy as np
import tkinter as tk
from tkinter import ttk, filedialog, messagebox
from skimage.metrics import structural_similarity as ssim
from itertools import combinations
import os
import csv


# --------------------------- 核心算法部分 ---------------------------
def load_and_resize(image_path, target_size=(500, 500)):
    """加载并统一调整图片尺寸"""
    image = cv2.imread(image_path)
    if image is None:
        raise ValueError(f"无法读取图片: {image_path}")
    return cv2.resize(image, target_size)


def calculate_ssim(image1, image2):
    """计算结构相似性指数（SSIM）"""
    gray1 = cv2.cvtColor(image1, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    gray2 = cv2.cvtColor(image2, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    score, _ = ssim(gray1, gray2, full=True)
    return score


def feature_matching(image1, image2):
    """使用ORB特征点检测与匹配"""
    orb = cv2.ORB_create()
    kp1, des1 = orb.detectAndCompute(image1, None)
    kp2, des2 = orb.detectAndCompute(image2, None)

    if des1 is None or des2 is None:
        return 0.0

    bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=True)
    matches = bf.match(des1, des2)
    good_matches = sorted(matches, key=lambda x: x.distance)[:50]
    return len(good_matches) / min(len(kp1), len(kp2)) if min(len(kp1), len(kp2)) > 0 else 0.0


# --------------------------- GUI界面部分 ---------------------------
class ImageComparatorApp:
    def __init__(self, root):
        self.root = root
        self.root.title("图片相似度对比工具")
        self.image_paths = []
        self.results = []

        # 界面布局
        self.setup_ui()

    def setup_ui(self):
        # 文件选择区域
        frame_select = ttk.Frame(self.root, padding="10")
        frame_select.pack(fill=tk.X)

        self.btn_select = ttk.Button(frame_select, text="选择图片文件夹", command=self.select_folder)
        self.btn_select.pack(side=tk.LEFT)

        self.lbl_folder = ttk.Label(frame_select, text="未选择文件夹")
        self.lbl_folder.pack(side=tk.LEFT, padx=10)

        # 图片列表区域
        frame_list = ttk.Frame(self.root, padding="10")
        frame_list.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)

        self.tree = ttk.Treeview(frame_list, columns=("file"), show="headings")
        self.tree.heading("file", text="已选图片")
        self.tree.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)

        # 操作按钮区域
        frame_actions = ttk.Frame(self.root, padding="10")
        frame_actions.pack(fill=tk.X)

        self.btn_compare = ttk.Button(frame_actions, text="开始对比", command=self.start_comparison)
        self.btn_compare.pack(side=tk.LEFT)

        self.btn_export = ttk.Button(frame_actions, text="导出结果", command=self.export_results)
        self.btn_export.pack(side=tk.LEFT, padx=10)
        self.btn_export["state"] = "disabled"

        # 结果表格区域
        frame_results = ttk.Frame(self.root, padding="10")
        frame_results.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)

        columns = ("image1", "image2", "ssim", "feature_match")
        self.result_tree = ttk.Treeview(frame_results, columns=columns, show="headings")
        self.result_tree.heading("image1", text="图片1")
        self.result_tree.heading("image2", text="图片2")
        self.result_tree.heading("ssim", text="SSIM相似度")
        self.result_tree.heading("feature_match", text="特征匹配度")
        self.result_tree.pack(fill=tk.BOTH, expand=True)

    def select_folder(self):
        folder_path = filedialog.askdirectory()
        if folder_path:
            self.lbl_folder["text"] = folder_path
            self.image_paths = [
                os.path.join(folder_path, f)
                for f in os.listdir(folder_path)
                if f.lower().endswith(('.png', '.jpg', '.jpeg'))
            ]
            self.update_image_list()

    def update_image_list(self):
        self.tree.delete(*self.tree.get_children())
        for path in self.image_paths:
            self.tree.insert("", "end", values=(os.path.basename(path),))

    def start_comparison(self):
        if len(self.image_paths) < 2:
            messagebox.showwarning("警告", "至少需要选择2张图片！")
            return

        self.results.clear()
        self.result_tree.delete(*self.result_tree.get_children())

        # 遍历所有两两组合
        for (path1, path2) in combinations(self.image_paths, 2):
            try:
                img1 = load_and_resize(path1)
                img2 = load_and_resize(path2)

                ssim_score = calculate_ssim(img1, img2)
                feature_score = feature_matching(img1, img2)

                result = {
                    "image1": os.path.basename(path1),
                    "image2": os.path.basename(path2),
                    "ssim": round(ssim_score, 2),
                    "feature_match": round(feature_score, 2)
                }
                self.results.append(result)

                # 更新表格
                self.result_tree.insert("", "end", values=(
                    result["image1"],
                    result["image2"],
                    result["ssim"],
                    result["feature_match"]
                ))

            except Exception as e:
                print(f"对比失败: {str(e)}")

        self.btn_export["state"] = "normal"
        messagebox.showinfo("完成", "图片对比已完成！")

    def export_results(self):
        file_path = filedialog.asksaveasfilename(
            defaultextension=".csv",
            filetypes=[("CSV文件", "*.csv")]
        )
        if file_path:
            with open(file_path, "w", newline="", encoding="utf-8") as f:
                writer = csv.DictWriter(f, fieldnames=["image1", "image2", "ssim", "feature_match"])
                writer.writeheader()
                writer.writerows(self.results)
            messagebox.showinfo("成功", f"结果已导出到: {file_path}")


if __name__ == "__main__":
    root = tk.Tk()
    app = ImageComparatorApp(root)
    root.geometry("800x600")
    root.mainloop()