金凯文

摘要：对比分析图片缩放常见方法：邻点法，双线性插值法，三次样条插值法，并研究其优劣，然后基于这三种方法提出一种综合各自优势的聚合算法，既减少图片失真的情况又提高了运算速度。

关键词：图片放大;邻点法;双线性插值法;三次样条插值法;聚合算法

中图分类号：G633

文献标识码：A

文章编号：1672 - 9129（ 2018） 12 - 0200 - 01

1 引言

在计算机图片处理中，图片放大是最常见的一种操作功能，因此一直以来是研究者们关注的热点内容。目前，研究者们提出了一系列的图片放大算法，而最常见、使用最广泛的方法包括邻点法，双线性插值法和三次样条插值法等，三种方法各有优劣，难以互相替代。针对这种现状，本文希望能够基于这三种算法提出一种聚合算法，同时综合各种算法的优势。

2 常见算法原理及其优劣

2.1 邻点法原理及优劣。邻点法放大图像基本原理为，将放大后图像的每一点映射到原始图像中，从原始图像中找到离映射点最近的点，将该点的色彩指赋值到放大后的图像中，其原理示意图详见图1左侧所示。这种算法由于计算量小，因此运算速度快，放大图像的效率较高;但随着图像放大的比例不断加大，其放大的精度不足，会出现马赛克现象，使图片失真严重。

2.2 双线性插值法原理及优劣。双线性插值法放大图像的基本原理为，将一维线性插值在二维两个方向上各进行一次，即通过四个原始图像中的点完成对放大后图像的映射，先通过竖直方向上两点以定比分点关系计算得映射点的数值，再由水平方向上两点完成同样操作，其原理示意图详见图1右侧所示。这种算法是对邻点法的一种改进，使图像在放大更大比例时，重要信息仍能得以保存，因此图像看起来更为平滑，当然计算量也比邻点法更大;而其劣势依旧在于当图像放大过大比例时，仍不免会失真。

2.3 三次样条插值法原理及优劣。所谓三次样条插值法，其基本原理则是三次样条曲线进行计算而对图像进行放大，这种方法对图像的放大效果比前两种方法更好，当图像放大更大的比例时，其图像显示的效果仍然较为平滑，但是其劣势在于数据的计算量较大，因此放大的计算效率较低，会占用更多的计算机资源。

2.4 小结。根据前文分析，这三种方法各有特点和优劣，且刚好互补，难以互相替代。从数据的计算量来说，邻点法最简单快捷，计算量最小，计算速度最快;三次样条插值法最复杂，计算量最大;而双线性插值法的计算量介于两者之间。从图像放大的效果来说，则与计算量相反，邻点法放大图像的效果最差，最容易失真;三次样条插值法放大图像的效果最好，图像最平滑;双线性插值法依然介于两者之间。

3 基于三种常见算法的聚合算法

3.1 聚合算法原理。从上一节可知，三种图像放大方法各有优劣，但是缺少一种能够结合各自优势而避免各自劣势的图像放大方法。为此，本文基于这三种最常见的方法提出一种新的聚合算法，将上述三种方法的优势进行结合。该方法的基本原理在于，当图像放大比例在2倍以下时，自动选择邻点法放大图像，此时对于图像放大的失真情况并不明显，而计算速度又较快;当操作者继续放大图像，图像放大比例介于2 -4倍时，系统则自动改用双线性插值法放大图像，此时图像失真效果仍然较小，虽然此时的计算量开始增大，但是综合的总计算量低于单独用双线性插值法的计算量;当图像放大倍数达到4倍以上时，系统自动改用三次样条插值法放大图像，此时图像的失真仍然较小，而计算量虽然更大，但是综合的总计算量低于单独采用三次样条插值法放大图像的计算量。其基本原理可见表1所示。

3.2 聚合算法优势。从前文可知，该聚合算法同时综合了三种算法的优势。同时避免了各自的优势。具体来说，从放大效果的角度看，不论图像放大的倍数如何，放大后的图像仍然较为平滑，失真情况较少。从计算量来说，当放大倍数在2倍以下时，该聚合算法与的计算量相同;当放大倍数在2 -4倍时，此时的计算量与双线性插值法相当，但是综合的总计算量低于单独采用双线性插值法的计算量;当放大倍数在4倍以上时，此时的计算量与三次样条插值法相当，但是综合的总计算量低于单独采用三次样条插值法的计算量。

4 案例及讨论 为了探讨该聚合算法的放大效果，本文选择了一幅图作为案例，分别放大1.5倍（此时系统选择邻点法）、3倍（此时系统选择双线性插值法）、4倍（此时系统选择三次样条插值法），其效果见图2所示，从该案例可以看出，放大效果较好。

5 结束语

5.1 常见的邻点法、双线性插值法、三次样条插值法放大图像的效果逐渐递增，但是计算量也逐渐递增，各有优劣。

5.2 新的聚合算法在图像放大不同倍数时，自动选择不同方法，融合了各自优势，避免了各自劣势。

5.3 未来可以在图像放大何种比例时采用何种方法，作進一步探讨和研究。

参考文献：

[1]邓林华，柳光乾，李学宝，等.基于插值算法的图像缩放的应用研究[J].微计算机信息，2010，26（ 31）：23 - 24.

[2]李秀英，袁红.几种图像缩放算法的研究[J].现代电子技术，2012，35（5）：48 -51.

[3]王森，杨克俭.基于双线性插值的图像缩放算法的研究与实现[J].自动化技术与应用，2008，27（7）：44 -45.

[4]张洋.基于双线性插值法的图像缩放算法的设计与实现[J].电子设计工程，2016，24（3）：169 - 170.