Near-Duplicate Image Detection in Java. Performance Problems

I am trying to prevent near-duplicate images in my system. But I need to check each incoming image against all existing ones. So it is not 1-1 similarity check. And sometimes images are not the same but almost identical. For example see these 2 images (note the slight brightness difference):

  • https://pbs.twimg.com/amplify_video_thumb/1864293853525684224/img/Xj98d6CgNDezU3SE.jpg
  • https://pbs.twimg.com/amplify_video_thumb/1864298609203671040/img/LxQ6a9wx9npYpGAQ.jpg

Therefore I tried to generate hash from the image which is stored in database and each incoming image is checked against database.

I implemented a solution in Java and which works fine but it consumes too much CPU. I am running it on 8CPU droplet and expected process rate is 100 reqs/second. But current solution reaches 100% CPU usage with 30-40 req/second and is not acceptable.

Do you have any suggestion for simpler process or should I create a separate service in Python to process image hash?

import java.awt.*;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.awt.image.DataBufferByte;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
import java.util.List;
import java.util.Objects;
import java.util.stream.Collectors;

import javax.imageio.ImageIO;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Getter;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class ImageUtil {
    private static final int HASH_SIZE = 16;
    private static final int INNER_SIZE = 8;
    private static final int OFFSET = 4;

    public static List<ImageHash> computeHashesBatch(List<String> urls) {
        return urls.parallelStream()
                .map(url -> {
                    try {
                        return new ImageHash(url, computePerceptualHash(url));
                    } catch (IOException e) {
                        return null;
                    }
                })
                .filter(Objects::nonNull)
                .collect(Collectors.toList());
    }

    public static String computePerceptualHash(String url) throws IOException {
        BufferedImage img = ImageIO.read(URI.create(url).toURL());
        if (img == null) {
            return null;
        }
        String hash = computeHashFromImage(img);
        return String.format("%s%s%s-%s", img.getType(), img.getWidth(), img.getHeight(), hash);
    }

    private static String computeHashFromImage(BufferedImage img) {
        // Convert and resize
        BufferedImage processed = new BufferedImage(HASH_SIZE, HASH_SIZE, BufferedImage.TYPE_BYTE_GRAY);
        Graphics2D g = processed.createGraphics();
        g.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_INTERPOLATION, RenderingHints.VALUE_INTERPOLATION_BILINEAR);
        g.drawImage(img, 0, 0, HASH_SIZE, HASH_SIZE, null);
        g.dispose();

        byte[] pixels = ((DataBufferByte) processed.getRaster().getDataBuffer()).getData();
        char[] hashBits = new char[INNER_SIZE * INNER_SIZE];
        int hashIdx = 0;
        long totalGradient = 0;

        for (int y = OFFSET; y < OFFSET + INNER_SIZE; y++) {
            int rowOffset = y * HASH_SIZE;
            for (int x = OFFSET; x < OFFSET + INNER_SIZE; x++) {
                int idx = rowOffset + x;
                int gx = (pixels[idx + 1] & 0xFF) - (pixels[idx - 1] & 0xFF);
                int gy = (pixels[idx + HASH_SIZE] & 0xFF) - (pixels[idx - HASH_SIZE] & 0xFF);
                int gradient = Math.abs(gx) + Math.abs(gy);
                totalGradient += gradient;
                hashBits[hashIdx++] = (char) gradient;
            }
        }

        int avgGradient = (int) (totalGradient / (INNER_SIZE * INNER_SIZE));
        StringBuilder result = new StringBuilder(16);
        int accumulator = 0;
        int bitCount = 0;

        for (char hashBit : hashBits) {
            accumulator = (accumulator << 1) | (hashBit > avgGradient ? 1 : 0);
            bitCount++;

            if (bitCount == 4) {
                result.append(Integer.toHexString(accumulator));
                accumulator = 0;
                bitCount = 0;
            }
        }

        if (bitCount > 0) {
            accumulator <<= (4 - bitCount);
            result.append(Integer.toHexString(accumulator));
        }

        return result.toString();
    }

    @Getter
    @AllArgsConstructor
    public static class ImageHash {
        private String url;
        private String hash;
    }
}

Test code

    @Test
    void test() {
        long start = System.currentTimeMillis();

        List<String> urls = Arrays.asList(
                "https://pbs.twimg.com/amplify_video_thumb/1864293853525684224/img/Xj98d6CgNDezU3SE.jpg",
                "https://pbs.twimg.com/amplify_video_thumb/1864298609203671040/img/LxQ6a9wx9npYpGAQ.jpg"
        );

        List<ImageUtil.ImageHash> hashes = ImageUtil.computeHashesBatch(urls);
        hashes.forEach(h -> log.info("{} - {}", h.getHash(), h.getUrl()));

        log.info("Duration: {}ms", System.currentTimeMillis() - start);
    }

6

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa

Near-Duplicate Image Detection in Java. Performance Problems

I am trying to prevent near-duplicate images in my system. But I need to check each incoming image against all existing ones. So it is not 1-1 similarity check. And sometimes images are not the same but almost identical. For example see these 2 images (note the slight brightness difference):

  • https://pbs.twimg.com/amplify_video_thumb/1864293853525684224/img/Xj98d6CgNDezU3SE.jpg
  • https://pbs.twimg.com/amplify_video_thumb/1864298609203671040/img/LxQ6a9wx9npYpGAQ.jpg

Therefore I tried to generate hash from the image which is stored in database and each incoming image is checked against database.

I implemented a solution in Java and which works fine but it consumes too much CPU. I am running it on 8CPU droplet and expected process rate is 100 reqs/second. But current solution reaches 100% CPU usage with 30-40 req/second and is not acceptable.

Do you have any suggestion for simpler process or should I create a separate service in Python to process image hash?

import java.awt.*;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.awt.image.DataBufferByte;
import java.io.IOException;
import java.net.URI;
import java.util.List;
import java.util.Objects;
import java.util.stream.Collectors;

import javax.imageio.ImageIO;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Getter;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;

@Slf4j
public class ImageUtil {
    private static final int HASH_SIZE = 16;
    private static final int INNER_SIZE = 8;
    private static final int OFFSET = 4;

    public static List<ImageHash> computeHashesBatch(List<String> urls) {
        return urls.parallelStream()
                .map(url -> {
                    try {
                        return new ImageHash(url, computePerceptualHash(url));
                    } catch (IOException e) {
                        return null;
                    }
                })
                .filter(Objects::nonNull)
                .collect(Collectors.toList());
    }

    public static String computePerceptualHash(String url) throws IOException {
        BufferedImage img = ImageIO.read(URI.create(url).toURL());
        if (img == null) {
            return null;
        }
        String hash = computeHashFromImage(img);
        return String.format("%s%s%s-%s", img.getType(), img.getWidth(), img.getHeight(), hash);
    }

    private static String computeHashFromImage(BufferedImage img) {
        // Convert and resize
        BufferedImage processed = new BufferedImage(HASH_SIZE, HASH_SIZE, BufferedImage.TYPE_BYTE_GRAY);
        Graphics2D g = processed.createGraphics();
        g.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_INTERPOLATION, RenderingHints.VALUE_INTERPOLATION_BILINEAR);
        g.drawImage(img, 0, 0, HASH_SIZE, HASH_SIZE, null);
        g.dispose();

        byte[] pixels = ((DataBufferByte) processed.getRaster().getDataBuffer()).getData();
        char[] hashBits = new char[INNER_SIZE * INNER_SIZE];
        int hashIdx = 0;
        long totalGradient = 0;

        for (int y = OFFSET; y < OFFSET + INNER_SIZE; y++) {
            int rowOffset = y * HASH_SIZE;
            for (int x = OFFSET; x < OFFSET + INNER_SIZE; x++) {
                int idx = rowOffset + x;
                int gx = (pixels[idx + 1] & 0xFF) - (pixels[idx - 1] & 0xFF);
                int gy = (pixels[idx + HASH_SIZE] & 0xFF) - (pixels[idx - HASH_SIZE] & 0xFF);
                int gradient = Math.abs(gx) + Math.abs(gy);
                totalGradient += gradient;
                hashBits[hashIdx++] = (char) gradient;
            }
        }

        int avgGradient = (int) (totalGradient / (INNER_SIZE * INNER_SIZE));
        StringBuilder result = new StringBuilder(16);
        int accumulator = 0;
        int bitCount = 0;

        for (char hashBit : hashBits) {
            accumulator = (accumulator << 1) | (hashBit > avgGradient ? 1 : 0);
            bitCount++;

            if (bitCount == 4) {
                result.append(Integer.toHexString(accumulator));
                accumulator = 0;
                bitCount = 0;
            }
        }

        if (bitCount > 0) {
            accumulator <<= (4 - bitCount);
            result.append(Integer.toHexString(accumulator));
        }

        return result.toString();
    }

    @Getter
    @AllArgsConstructor
    public static class ImageHash {
        private String url;
        private String hash;
    }
}

Test code

    @Test
    void test() {
        long start = System.currentTimeMillis();

        List<String> urls = Arrays.asList(
                "https://pbs.twimg.com/amplify_video_thumb/1864293853525684224/img/Xj98d6CgNDezU3SE.jpg",
                "https://pbs.twimg.com/amplify_video_thumb/1864298609203671040/img/LxQ6a9wx9npYpGAQ.jpg"
        );

        List<ImageUtil.ImageHash> hashes = ImageUtil.computeHashesBatch(urls);
        hashes.forEach(h -> log.info("{} - {}", h.getHash(), h.getUrl()));

        log.info("Duration: {}ms", System.currentTimeMillis() - start);
    }

6

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật