Кажется, вы хотите сравнить изображения, чтобы увидеть, насколько они похожи. В этом случае, первые две вещи, которые нужно попробовать, это SSD (сумма квадратов разностей) и нормализованная корреляция (это тесно связано с тем, что предлагает 0x69, корреляция Пирсона) между двумя изображениями.
Вы также можете попробовать нормализованную корреляцию по маленьким (соответствующим) окнам на двух изображениях и суммировать результаты по нескольким (всем) маленьким окнам на изображении.
Это два очень простых метода, которые вы можете написать за несколько минут.
Я не уверен, однако, что это имеет отношение к проверке гипотез или линейной регрессии, вы можете отредактировать, чтобы прояснить эту часть вашего вопроса.