photochk/Sources/Photochk/Core/DHash.swift

import CoreGraphics
import Foundation
import ImageIO

/// 画像を1回デコードして得られる基本情報。dHash と表示用メタデータをまとめて取る。
struct ImageBasics: Codable, Hashable, Sendable {
    let dHash: UInt64
    let pixelWidth: Int
    let pixelHeight: Int
    let captureDate: Date?
}

/// 隣接ピクセルの明暗差から 64bit の知覚ハッシュ（dHash）を作る。
///
/// リサイズや再圧縮では値がほとんど変わらないので、feature print にかける候補ペアを
/// 安く絞り込むための一次フィルタとして使う。
enum DHash {
    /// 9×8 に落として横隣接を比較するので 8×8 = 64bit になる。
    private static let hashWidth = 9
    private static let hashHeight = 8

    static func compute(for url: URL) -> ImageBasics? {
        guard let source = CGImageSourceCreateWithURL(url as CFURL, nil),
              CGImageSourceGetCount(source) > 0
        else { return nil }

        let properties = CGImageSourceCopyPropertiesAtIndex(source, 0, nil) as? [CFString: Any]
        let (width, height) = pixelSize(from: properties)
        let captureDate = captureDate(from: properties)

        // フルデコードを避けるため、まず小さなサムネイルを取り出す。
        // WithTransform で EXIF の回転を適用しておく。Vision の feature print も同じく EXIF を
        // 反映するので、これで「表示したときの見た目」どうしを比較する形に揃う。
        // 結果として、回転が焼き込まれた版と EXIF で回している版は同じ写真として検出できる一方、
        // 実際に向きが違う写真どうしは別物として扱われる。
        let thumbnailOptions: [CFString: Any] = [
            kCGImageSourceCreateThumbnailFromImageAlways: true,
            kCGImageSourceCreateThumbnailWithTransform: true,
            kCGImageSourceShouldCacheImmediately: true,
            kCGImageSourceThumbnailMaxPixelSize: 64,
        ]
        guard let thumbnail = CGImageSourceCreateThumbnailAtIndex(
            source, 0, thumbnailOptions as CFDictionary
        ) else { return nil }

        guard let hash = hash(of: thumbnail) else { return nil }

        return ImageBasics(
            dHash: hash,
            pixelWidth: width,
            pixelHeight: height,
            captureDate: captureDate
        )
    }

    /// 2つのハッシュがどれだけ違うか（異なるビット数）。
    static func hammingDistance(_ a: UInt64, _ b: UInt64) -> Int {
        (a ^ b).nonzeroBitCount
    }

    // MARK: - 内部

    private static func hash(of image: CGImage) -> UInt64? {
        let bytesPerRow = 16  // hashWidth(9) 以上で 16 バイト境界に揃える
        var buffer = [UInt8](repeating: 0, count: bytesPerRow * hashHeight)

        let ok = buffer.withUnsafeMutableBytes { raw -> Bool in
            guard let context = CGContext(
                data: raw.baseAddress,
                width: hashWidth,
                height: hashHeight,
                bitsPerComponent: 8,
                bytesPerRow: bytesPerRow,
                space: CGColorSpaceCreateDeviceGray(),
                bitmapInfo: CGImageAlphaInfo.none.rawValue
            ) else { return false }

            context.interpolationQuality = .medium
            context.draw(
                image,
                in: CGRect(x: 0, y: 0, width: hashWidth, height: hashHeight)
            )
            return true
        }
        guard ok else { return nil }

        var hash: UInt64 = 0
        var bit = 0
        for y in 0..<hashHeight {
            let row = y * bytesPerRow
            for x in 0..<(hashWidth - 1) {
                if buffer[row + x] > buffer[row + x + 1] {
                    hash |= (1 << UInt64(bit))
                }
                bit += 1
            }
        }
        return hash
    }

    private static func pixelSize(from properties: [CFString: Any]?) -> (Int, Int) {
        let width = properties?[kCGImagePropertyPixelWidth] as? Int ?? 0
        let height = properties?[kCGImagePropertyPixelHeight] as? Int ?? 0

        // EXIF の回転を反映した「見た目の」サイズを返す。
        let orientation = properties?[kCGImagePropertyOrientation] as? Int ?? 1
        return (5...8).contains(orientation) ? (height, width) : (width, height)
    }

    private static func captureDate(from properties: [CFString: Any]?) -> Date? {
        guard let exif = properties?[kCGImagePropertyExifDictionary] as? [CFString: Any] else {
            return nil
        }
        let raw = exif[kCGImagePropertyExifDateTimeOriginal] as? String
            ?? exif[kCGImagePropertyExifDateTimeDigitized] as? String
        guard let raw else { return nil }
        return exifDateFormatter.date(from: raw)
    }

    /// EXIF の日時は "2024:05:01 12:34:56" 形式。
    private static let exifDateFormatter: DateFormatter = {
        let f = DateFormatter()
        f.locale = Locale(identifier: "en_US_POSIX")
        f.dateFormat = "yyyy:MM:dd HH:mm:ss"
        return f
    }()
}