圖像的最近鄰縮放原理及實現

李艷玲

（1.長治學院計算機系，山西長治046011;2.北京大學信息科學技術學院，北京100871）

圖像的最近鄰縮放原理及實現

李艷玲1，2

（1.長治學院計算機系，山西長治046011;2.北京大學信息科學技術學院，北京100871）

最近鄰插值法是一種傳統的圖像插值算法。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卷積進行插值。最近鄰插值算法最簡單，速度快，且應用廣泛，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

圖像插值廣泛應用在軍事、藝術和醫學領域的圖像處理中，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為以下幾個方面：

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

（2）顯示更高質量的圖像：在傳輸過程中，一幅圖像塊可能有丟失或損毀現象，使用插值修補或恢復圖像，增強細節信息。

（3）顯示更炫酷的圖像：在電影特技或藝術領域中，利用插值技術實現圖像樣式的轉換，顯示特殊的視覺效果。

插值就是利用已知點預測未知點的過程，通過加權平均或直接取鄰近點像素求對應點映射。其中最近鄰插值算法實現簡單，它將（x,y）點的顏色取為離（x,y）最近的整數值。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填充輸出圖像，采用像素復制和像素抽樣，可使原圖像放大或縮小若干倍。每個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代表擴充空間，到底用什么顏色來填充空白空間？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的計算公式如式（1）所示。

目標圖像中的點（x，y）對應變換尺寸前的圖像坐標為（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，在邊緣處會有一些鋸齒狀現象，但還是完整地保留了細節信息。

圖3　插值實例

雙線性插值是對最近鄰算法的改進，其基本思想就是用雙線性方程f（x，y）=a+bx+cy+dxy，來定義一個雙曲拋物面與4個相鄰點的擬合，a到d是四個待定值，由原圖4個頂點對應的灰度值計算，就是用四個相鄰點的平均值求新的（u,v）點的像素值。雙線性插值得到的結果會比最近鄰的圖像過渡光滑，沒有明顯的馬賽克現象。但相比和矩形函數卷積，與三角形函數做卷積插值，會濾掉高頻信息，所以邊緣輪廓會比較模糊。

3　結論

圖像插值是圖像處理中的關鍵技術，在實際有很多應用。但經典的插值算法對整幅圖像均作相同的處理，針對圖像的不同部分，尤其是邊緣，如何自適應地選擇插值算法，提高圖像的可視化效果，是今后研究的重點內容。

［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.圖像插值技術在圖像處理中的應用[D].長春理工大學，2012．

（責任編輯張劍妹）

TP391.4

A

1673-2014（2016）05-0031-02

高等學校科技創新基金資助項目(2013160)，長治學院教學改革資助項目(JY201503)。

2016—05—18

李艷玲（1980—），女,山西長治人，副教授，主要從事圖像處理研究。