圖像的最近鄰縮放原理及實(shí)現(xiàn)

李艷玲

（1.長(zhǎng)治學(xué)院計(jì)算機(jī)系，山西長(zhǎng)治046011;2.北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100871）

圖像的最近鄰縮放原理及實(shí)現(xiàn)

李艷玲1，2

（1.長(zhǎng)治學(xué)院計(jì)算機(jī)系，山西長(zhǎng)治046011;2.北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100871）

最近鄰插值法是一種傳統(tǒng)的圖像插值算法。文章主要研究最近鄰插值算法的原理，它是原圖像和矩形函數(shù)卷積進(jìn)行插值。最近鄰插值算法最簡(jiǎn)單，速度快，且應(yīng)用廣泛，能滿足用戶大部分需求。

圖像縮放；最近鄰插值；圖像處理

1　引言

圖像插值廣泛應(yīng)用在軍事、藝術(shù)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的圖像處理中，不論是圖像變形、去噪，還是圖像縮放都要用到插值。插值的功能具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1）顯示更大的圖像：在更高的分辨率下或者是寬屏模式下，通過(guò)插值技術(shù)更好地顯示圖片。

（2）顯示更高質(zhì)量的圖像：在傳輸過(guò)程中，一幅圖像塊可能有丟失或損毀現(xiàn)象，使用插值修補(bǔ)或恢復(fù)圖像，增強(qiáng)細(xì)節(jié)信息。

（3）顯示更炫酷的圖像：在電影特技或藝術(shù)領(lǐng)域中，利用插值技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像樣式的轉(zhuǎn)換，顯示特殊的視覺(jué)效果。

插值就是利用已知點(diǎn)預(yù)測(cè)未知點(diǎn)的過(guò)程，通過(guò)加權(quán)平均或直接取鄰近點(diǎn)像素求對(duì)應(yīng)點(diǎn)映射。其中最近鄰插值算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，它將（x,y）點(diǎn)的顏色取為離（x,y）最近的整數(shù)值。但在某些情況下我們只能使用最近鄰方法，效果也可以接受。

2　最近鄰插值

2.1算法思想

最近鄰插值算法是用圖像中已知的像素點(diǎn)填充輸出圖像，采用像素復(fù)制和像素抽樣，可使原圖像放大或縮小若干倍。每個(gè)像素取最近源采樣的顏色，原圖片和縮放后圖片的寬高分別是SW,SH DW,DH，縮放原理如圖1所示。

圖1　縮放圖示

寬高為4*4的圖像a，要放大為寬高是8*8像素的圖片c，我們先用黑色方塊b代表擴(kuò)充空間，到底用什么顏色來(lái)填充空白空間？最近鄰算法用離它最近的相鄰像素插值填充黑色方塊。

圖2　最近鄰放縮

假設(shè)原圖像的寬度和高度分別為W1和H1，縮放后圖像的寬度和高度為W2和H2,那么水平和垂直比例ratio的計(jì)算公式如式（1）所示。

目標(biāo)圖像中的點(diǎn)（x，y）對(duì)應(yīng)變換尺寸前的圖像坐標(biāo)為（x0，y0）。其中：x0=int（x*ratio_x），y0=int（y*ratio_y）。

2.2插值例子

最近鄰插值效果如圖3所示，其效果也是可以接受的，但是可以看到，在邊緣處會(huì)有一些鋸齒狀現(xiàn)象，但還是完整地保留了細(xì)節(jié)信息。

圖3　插值實(shí)例

雙線性插值是對(duì)最近鄰算法的改進(jìn)，其基本思想就是用雙線性方程f（x，y）=a+bx+cy+dxy，來(lái)定義一個(gè)雙曲拋物面與4個(gè)相鄰點(diǎn)的擬合，a到d是四個(gè)待定值，由原圖4個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值計(jì)算，就是用四個(gè)相鄰點(diǎn)的平均值求新的（u,v）點(diǎn)的像素值。雙線性插值得到的結(jié)果會(huì)比最近鄰的圖像過(guò)渡光滑，沒(méi)有明顯的馬賽克現(xiàn)象。但相比和矩形函數(shù)卷積，與三角形函數(shù)做卷積插值，會(huì)濾掉高頻信息，所以邊緣輪廓會(huì)比較模糊。

3　結(jié)論

圖像插值是圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)，在實(shí)際有很多應(yīng)用。但經(jīng)典的插值算法對(duì)整幅圖像均作相同的處理，針對(duì)圖像的不同部分，尤其是邊緣，如何自適應(yīng)地選擇插值算法，提高圖像的可視化效果，是今后研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

［1］Yen-Tai Lai,Chao-Feng Tzeng and Hung-Chu Wu.Adaptive Image Scaling Based on Local Edge Directions.IntelligentandAdvancedSystems (ICIAS),2010 International Confere nce on,2010: 1-4.

［2］J.ANTHONYPARKER,ROBERTV.KENYON, DONALDE.TROXELComparisionof Interpolating MethodsforImageResampling［J］.IEEE TRANSATIONSONMEDICALIMAGING VOL.,1983，2（1）.

［3］行薇.圖像插值技術(shù)在圖像處理中的應(yīng)用[D].長(zhǎng)春理工大學(xué)，2012．

（責(zé)任編輯張劍妹）

TP391.4

A

1673-2014（2016）05-0031-02

高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新基金資助項(xiàng)目(2013160)，長(zhǎng)治學(xué)院教學(xué)改革資助項(xiàng)目(JY201503)。

2016—05—18

李艷玲（1980—），女,山西長(zhǎng)治人，副教授，主要從事圖像處理研究。