图像的最近邻缩放原理及实现

李艳玲

（1.长治学院计算机系，山西长治046011;2.北京大学信息科学技术学院，北京100871）

图像的最近邻缩放原理及实现

李艳玲1，2

（1.长治学院计算机系，山西长治046011;2.北京大学信息科学技术学院，北京100871）

最近邻插值法是一种传统的图像插值算法。文章主要研究最近邻插值算法的原理，它是原图像和矩形函数卷积进行插值。最近邻插值算法最简单，速度快，且应用广泛，能满足用户大部分需求。

图像缩放；最近邻插值；图像处理

1　引言

图像插值广泛应用在军事、艺术和医学领域的图像处理中，不论是图像变形、去噪，还是图像缩放都要用到插值。插值的功能具体表现为以下几个方面：

（1）显示更大的图像：在更高的分辨率下或者是宽屏模式下，通过插值技术更好地显示图片。

（2）显示更高质量的图像：在传输过程中，一幅图像块可能有丢失或损毁现象，使用插值修补或恢复图像，增强细节信息。

（3）显示更炫酷的图像：在电影特技或艺术领域中，利用插值技术实现图像样式的转换，显示特殊的视觉效果。

插值就是利用已知点预测未知点的过程，通过加权平均或直接取邻近点像素求对应点映射。其中最近邻插值算法实现简单，它将（x,y）点的颜色取为离（x,y）最近的整数值。但在某些情况下我们只能使用最近邻方法，效果也可以接受。

2　最近邻插值

2.1算法思想

最近邻插值算法是用图像中已知的像素点填充输出图像，采用像素复制和像素抽样，可使原图像放大或缩小若干倍。每个像素取最近源采样的颜色，原图片和缩放后图片的宽高分别是SW,SH DW,DH，缩放原理如图1所示。

图1　缩放图示

宽高为4*4的图像a，要放大为宽高是8*8像素的图片c，我们先用黑色方块b代表扩充空间，到底用什么颜色来填充空白空间？最近邻算法用离它最近的相邻像素插值填充黑色方块。

图2　最近邻放缩

假设原图像的宽度和高度分别为W1和H1，缩放后图像的宽度和高度为W2和H2,那么水平和垂直比例ratio的计算公式如式（1）所示。

目标图像中的点（x，y）对应变换尺寸前的图像坐标为（x0，y0）。其中：x0=int（x*ratio_x），y0=int（y*ratio_y）。

2.2插值例子

最近邻插值效果如图3所示，其效果也是可以接受的，但是可以看到，在边缘处会有一些锯齿状现象，但还是完整地保留了细节信息。

图3　插值实例

双线性插值是对最近邻算法的改进，其基本思想就是用双线性方程f（x，y）=a+bx+cy+dxy，来定义一个双曲抛物面与4个相邻点的拟合，a到d是四个待定值，由原图4个顶点对应的灰度值计算，就是用四个相邻点的平均值求新的（u,v）点的像素值。双线性插值得到的结果会比最近邻的图像过渡光滑，没有明显的马赛克现象。但相比和矩形函数卷积，与三角形函数做卷积插值，会滤掉高频信息，所以边缘轮廓会比较模糊。

3　结论

图像插值是图像处理中的关键技术，在实际有很多应用。但经典的插值算法对整幅图像均作相同的处理，针对图像的不同部分，尤其是边缘，如何自适应地选择插值算法，提高图像的可视化效果，是今后研究的重点内容。

［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.图像插值技术在图像处理中的应用[D].长春理工大学，2012．

（责任编辑张剑妹）

TP391.4

A

1673-2014（2016）05-0031-02

高等学校科技创新基金资助项目(2013160)，长治学院教学改革资助项目(JY201503)。

2016—05—18

李艳玲（1980—），女,山西长治人，副教授，主要从事图像处理研究。