我们首先给出插值的定义:

插值指利用某一个函数来计算出2个或更多的值之间的值,最简单的比如算术平均数(x+y)/2就是x,y的线性插值。

在图形图像中例如旋转,放大,缩小等操作中,往往变化后图像中的点对应源图片中的点是不存在的,例如(2.1,3)这个点,那么在计算目标图像的在该点象素值的时候,就 需要进行插值运算来计算出该点的象素值。


先简单介绍一下最邻近插值,最邻近插值还有二次线性插值。下面举例说明:


线性插值并不难理解。以图像处理领域为例,我们的理想图像是均匀的分布在二维平面直角坐标系中的,任意给出一对坐标,就应该能够得到一个对应的颜色值,然而现实是残酷的,我们只能够用离散的点阵信息来近似表现图像。

现在假设给定一对坐标(2.2, 4.0),想要得到这个坐标对应的颜色,那么比较简单的方法是用四舍五入方法来得到距离该点最近的像素,即像素(2, 4)的值来代替,这显然并不十分的精确,如果用这个方法进行图像放大,那么在比例较大的情况下就会出现明显的“马赛克”现象。

对于上面的例子,更好的办法是把像素(2, 4)和像素(3, 4)的值按照一定的比例混合。比例如何选取呢?很简单,离哪个像素近,哪个像素的比例就大些。那么(简单起见,后面均假设是灰度图),若设像素(2, 4)的值是V_24,像素(3, 4)的值是V_34,就可以得到:

    坐标(2.2, 4.0)的颜色值 V(2.2, 4.0) = V_24*(1-0.2)+V_34*0.2

好,现在你已经懂得什么叫线性插值了!

二次线性插值也就不难理解了。这次我们给的坐标不再是那么体贴了——求坐标(2.2, 4.6)的颜色值。那么可以想到:可以先分别求出坐标(2.2, 4.0)和坐标(2.2, 5.0)的颜色值,然后用一次纵向的线型插值,就得到了:

坐标(2.2, 4.0)的颜色值 V(2.2, 4.0) = V_24*(1-0.2)+V_34*0.2

坐标(2.2, 5.0)的颜色值 V(2.2, 5.0) = V_25*(1-0.2)+V_35*0.2

坐标(2.2, 4.6)的颜色值 = V(2.2, 4.0)*(1-0.6)+V(2.2, 5.0)*0.6

到这里,实际上我们已经得到了二次线性插值的计算公式,表述方便起见下面用符号来表示。

设坐标(x, y)的相邻四个像素值分别为p00, p01, p10, p11, 水平方向的比例系数为h0, h1, 垂直方向的比例系数v0, v1(其中h0+h1=1, v0+v1=1),那么用bilinear interpolation得到:

v(x, y) = (p00*h0+p01*h1)*v0 + (p10*h0+p11*h1)*v1 ................(1.1)

有了这个公式,已经可以编写出算法了,但是这个公式里有六次浮点乘法,如果是真彩图的话,则对每一像素都要有18次浮点乘法!这还不算生成浮点坐标值的时间(比如在旋转算法当中,每得到一对浮点坐标还要有若干次浮点运算)。

所以基于这种方法,可以提出很多改进的方法,来加快它的运算,具体的方法,就待以后在介绍研究了!