【C++】双线性差值算法实现RGB图像缩放

双线性差值算法

双线性插值（Bilinear Interpolation）并不是“双线性差值”，它是一种在二维平面上估计未知数据点的方法，通常用于图像处理中的图像缩放。

双线性插值的基本思想是：对于一个未知的数据点，我们找到其最近的4个已知数据点，然后根据这4个已知数据点的值以及它们与未知数据点的距离，来估计未知数据点的值。

具体到图像处理中，如果我们想要将一个图像从一个尺寸放大或缩小到另一个尺寸，我们可以使用双线性插值来估计新尺寸下每个像素点的颜色值。

以下是双线性插值的数学公式：

设我们要估计的点为P(x,y)，其最近的4个已知点为A(x0,y0)，B(x1,y0)，C(x0,y1)，D(x1,y1)，则P点的值I_P可以表示为：

I_P = I_A * (x1-x)(y1-y) + I_B * (x-x0)(y1-y) + I_C * (x1-x)(y-y0) + I_D * (x-x0)(y-y0)

其中，I_A，I_B，I_C，I_D分别为A，B，C，D点的值。

在实际应用中，我们通常会使用浮点数来表示x和y，这样可以得到更精确的结果。但是，由于x和y可能是小数，所以我们需要使用floor和ceil函数来找到最近的4个整数坐标点。

 

 C++双线性差值算法RGB图像缩放

/**@func       Imresize
* @brief       双线性差值算法缩放RGB图片
* @param[out]  pfDst 目的图像地址
* @param[in]   nW   目的图像宽度
* @param[in]   nH  目的图像高度
* @param[in]   pfSrc 源图像地址
* @param[in]   nOriW   源图像宽度
* @param[in]   nOriH  源图像高度
*/
void Imresize(unsigned char *pfDst, int nH, int nW, unsigned char *pfSrc, int nOriH, int nOriW)
{for (int i = 0; i < nH * nW; i++){int row = i / nW;int col = i % nW;float x = (row + 0.5) * nOriH / nH - 0.5;if (x < 0) x = 0;if (x >= nOriH - 1) x = nOriH - 2;int fx = (int)x;x = x - fx;float x1 = 1.0 - x;float y = (col + 0.5) * nOriW / nW - 0.5;if (y < 0) y = 0;if (y >= nOriW - 1) y = nOriW - 2;int fy = (int)y;y = y - fy;float y1 = 1.0 - y;float val_R = (pfSrc[fx * nOriW * 3 + 3 * fy] * x1 * y1 + pfSrc[(fx + 1) * nOriW * 3 + 3 * fy] * x * y1+ pfSrc[fx * nOriW * 3 + (fy + 1) * 3] * x1 * y + pfSrc[(fx + 1) * nOriW * 3 + (fy + 1) * 3] * x * y);float val_G = (pfSrc[fx * nOriW * 3 + 1 + 3 * fy] * x1 * y1 + pfSrc[(fx + 1) * nOriW * 3 + 1 + 3 * fy] * x * y1+ pfSrc[fx * nOriW * 3 + 1 + (fy + 1) * 3] * x1 * y + pfSrc[(fx + 1) * nOriW * 3 + 1 + (fy + 1) * 3] * x * y);float val_B = (pfSrc[fx * nOriW * 3 + 2 + 3 * fy] * x1 * y1 + pfSrc[(fx + 1) * nOriW * 3 + 2 + 3 * fy] * x * y1+ pfSrc[fx * nOriW * 3 + 2 + (fy + 1) * 3] * x1 * y + pfSrc[(fx + 1) * nOriW * 3 + 2 + (fy + 1) * 3] * x * y);pfDst[i * 3] = unsigned char(val_B);pfDst[i * 3 + 1] = unsigned char(val_G);pfDst[i * 3 + 2] = unsigned char(val_R);}
}

 

使用OpenCV库实现双线性差值算法RGB图像缩放

#include <opencv2/opencv.hpp>cv::Mat bilinearInterpolation(const cv::Mat& src, int newWidth, int newHeight) {cv::Mat dst(newHeight, newWidth, CV_8UC3);float x_ratio = src.cols / (float)newWidth;float y_ratio = src.rows / (float)newHeight;for(int dst_y = 0; dst_y < newHeight; dst_y++) {for(int dst_x = 0; dst_x < newWidth; dst_x++) {// 计算源图像中的位置float src_x = (dst_x + 0.5f) * x_ratio - 0.5f;float src_y = (dst_y + 0.5f) * y_ratio - 0.5f;// 找到最邻近的四个像素点int x0 = floor(src_x);int y0 = floor(src_y);int x1 = ceil(src_x);int y1 = ceil(src_y);// 确保坐标在图像范围内x0 = std::min(std::max(0, x0), src.cols - 2);y0 = std::min(std::max(0, y0), src.rows - 2);x1 = std::min(std::max(0, x1), src.cols - 2);y1 = std::min(std::max(0, y1), src.rows - 2);// 双线性插值计算float dx = src_x - x0;float dy = src_y - y0;cv::Vec3b top = src.at<cv::Vec3b>(y0, x0) * (1 - dx) + src.at<cv::Vec3b>(y0, x1) * dx;cv::Vec3b bottom = src.at<cv::Vec3b>(y1, x0) * (1 - dx) + src.at<cv::Vec3b>(y1, x1) * dx;dst.at<cv::Vec3b>(dst_y, dst_x) = top * (1 - dy) + bottom * dy;}}return dst;
}

使用双线性差值算法需要注意的点

 使用双线性插值算法时，需要注意以下几点：

1. 边界处理：在计算目标像素对应的源图像坐标时，可能会出现超出边界的情况。例如，如果目标像素对应的位置在源图像的边界之外，那么你就找不到四个邻近的像素。这时，你可能需要做一些特殊的处理，比如将坐标限制在图像的边界内，或者使用边界上的像素值进行插值。

2. 精度问题：双线性插值涉及到浮点数运算，可能会有精度损失。此外，如果你的目标图像的尺寸远大于源图像，那么可能会出现“模糊”的效果，这是因为插值算法无法创造出新的信息。

3. 颜色空间：如果你处理的是彩色图像，那么你需要对每个颜色通道分别进行插值。在某些情况下，可能需要考虑颜色空间的影响，例如在HSV颜色空间中，色相（H）通道的插值可能需要特殊处理，因为它是一个循环的量。

4. 性能问题：双线性插值需要对每个像素进行四次访问和一次乘法操作，这可能会导致性能问题。如果你需要处理大尺寸的图像，或者需要实时处理图像，那么你可能需要考虑使用更高效的算法，或者使用硬件加速。

5. 其他插值方法：双线性插值只是众多插值方法中的一种，还有最近邻插值、双三次插值等方法。不同的插值方法有不同的优缺点，你需要根据你的具体需求选择最适合的插值方法。