双线性插值几何解释

导读

以前在学校里学过双线性插值,但是没怎么用过后面逐渐就忘记了。后来工作中遇到多次,发现每次都要上网查,主要还是理解的不深刻。于是索性用自己的话好好总结一下。

本文主要从几何方面来解释双线性插值,以便于理解。

双线性插值几何解释

为了便于说明,本文将一个2x2尺寸的图像(如图1)resize到3x3(如图1)来进行叙述。

图1 2x2图像坐标系
图2 3x3图像坐标系

图1、图2中每个坐标表示图像中的一个像素位置,为了计算图2中(x_{new},y_{new})坐标处的像素值,显然要用到原图像(图1)。

(x_{new},y_{new})映射回原图,可得到对应的像素位置(x_{old},y_{old}),二者的关系可表示为:

\left\{\begin{matrix}x_{old} = S_{x}x_{new}\\ y_{old} = S_{y}y_{new}\end{matrix}\right.


,其中\left\{\begin{matrix} S_{x}=\frac{W_{old} }{W_{new} } \\  S_{y}=\frac{H_{old} }{H_{new} } \end{matrix}\right.

一般情况下,坐标(x_{old},y_{old})都是小数,但像素坐标显然都是整数,所以真正的像素值计算必然要从距离(x_{old},y_{old})最近的四个像素入手,如图1灰色方块的四个顶点。

为了便于说明这里将图1灰色方块单独拿出来,如图3所示:

图3 距离(x_{old},y_{old})最近的四个点

从图3中容易想到,距离(x_{old},y_{old})越近的像素点对其真正的像素值贡献系数越大;反之距离越远,则对真正的像素值贡献系数越小,因此容易得出:

Pixel(x_{new},y_{new})=Pixel(x_{old},y_{old})

                                  =S_{1}Pixel(x+1,y+1)+S_{2}Pixel(x,y+1)+S_{3}Pixel(x+1,y)+S_{4}Pixel(x,y);

其中:

1、\left\{\begin{matrix}x = \lfloor x_{old}\rfloor \\ y = \lfloor y_{old}\rfloor \end{matrix}\right.;

2、S_{1}=(x_{old}-x)(y_{old}-y);

3、S_{2}=(x+1-x_{old})(y_{old}-y);

4、S_{3}=(x_{old}-x)(y+1-y_{old});

5、S_{4}=(x+1-x_{old})(y+1-y_{old});

6、S_{1}+S_{2}+S_{3}+S_{4}=1;

有了上述公式,利用Python可以很容易实现双线性插值算法!

参考文献

1、双线性插值

2、图像处理+双线性插值法

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