數值分析 雙線性插值(三)

2021-10-05 11:49:59 字數 1284 閱讀 9400

雙線性插值其函式其實不是線性的,函式類似於f(x,y)=a0+a1x+a2y+a3xy。也可以表示為(ax+b)*(cy+d)

從這種表示我們就可以看出來是兩個線性函式的乘積,由向量的叉積我們知道,得到的結果是他們的法向量。

通過函式我就可以看出來,我們想要得到的插值點是位於任意一(x,y)位置上的第三維的值f(x,y)。我們可以想象我們正在處理一張a,畫素的行列號即是(x,y),畫素的灰度值就是f(x,y),當我們需要對這張的畫素值進行重取樣的時候,新的每個畫素灰度值是多少呢?這就需要進行插值處理了。

如上圖所示,p1、p2、p3、p4代表4個畫素的中心點,其行列號為(x1,y1)、(x2,y1)、(x1,y2)、(x2,y2)對應的灰度值為d1、d2、d3、d4,  q為我們重取樣後的畫素點,灰度值為d。

對於q的行列號,我們需要分清楚的是:

由於對原始影象進行了重取樣,所以畫素的大小發生了變化(圖中的藍框為原始畫素的大小,紅框為重取樣後的畫素大小)。

由此可知,假如原始是300*300的大小,那麼重取樣後可能為500*700(**的實際尺寸沒變,只是畫素大小變了導致了行列數增加).這也就是說在確定了重取樣的畫素大小後,新的行列數就已經確定了,只不過此時還不知道每個畫素的灰度是多少,在新里q點的行列號我們用(r,c)來表示。

但是,插值需要我們知道q點在原始上的行列號是多少,因此我們用(x,y)來表示q點在原始影像上的行列號(可以用小數表示行列號,如1.2行,1.7列)。其中(x,y)是可以由(r,c)及重取樣前後畫素大小的變化比率計算出來的。比如,重取樣後的畫素是原始畫素的0.6倍,則x=r*0.6    y=c*0.6。

好,現在我們知道了p1、p2、p3、p4、q的座標後,如何利用雙線性插值來得到q點灰度值d呢?

雙線性插值實際上是先在x軸上進行一次線性插值,然後再在y軸上進行一次線性插值。用圖中的點位來解釋的話就是:

(1)先在x軸上插值,得到r1和r2的灰度值

(2)在y方向上對r1、r2進行插值,得到q點的灰度值 

演算法理解上,在乙個三維空間(x,y,d)中對某點進行插值,先將四個點投影到x-d 平面,進行線性插值得到r1、r2的灰度值,再將r1、r2兩個點投影到y-d平面進行線性插值,得到q點的灰度值。

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