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缩放方法

在本教程中，我们将正式介绍在缩放入门教程中介绍的三种缩放方法。

方法

• 像素复制或（最近邻插值）
• 零阶保持方法
• 缩放 K 倍

每种方法都有各自的优点和缺点。我们将从讨论像素复制开始。

方法 1：像素复制：

简介：

它也被称为最近邻插值。顾名思义，在这种方法中，我们只是复制相邻像素。正如我们在采样教程中已经讨论过的，缩放只不过是增加样本或像素的数量。该算法的工作原理相同。

工作原理：

在此方法中，我们从已给定的像素创建新像素。每个像素在此方法中按行和列复制 n 次，然后您便会得到放大的图像。就这么简单。

例如：

如果您有一张 2 行 2 列的图像，并且想要使用像素复制将其放大 2 倍或 2 倍，可以按照以下方法操作。

为了更好地理解，图像以矩阵的形式呈现，其中包含图像的像素值。

上面的图像有两行两列，我们首先按行缩放。

按行缩放：

当我们按行缩放时，我们只需将行像素复制到其相邻的新像素即可单元格。

以下是具体操作方法。

如您在上面的矩阵中看到的，每个像素在行中复制两次。

列大小缩放：

下一步是逐列复制每个像素，我们将简单地将列像素复制到其相邻的新列或其下方。

这里是如何完成的。

新的图像大小：

从上面的例子可以看出，原来2行2列的图像被转换成4行4列缩放后，列数增加。这意味着新图像的尺寸为

(原始图像行数 * 缩放系数，原始图像列数 * 缩放系数)

优点和缺点：

这种缩放技术的优点之一是，它非常简单。您只需复制像素，无需其他操作。

这种技术的缺点是图像被放大了，但输出非常模糊。随着缩放系数的增加，图像变得越来越模糊。最终会导致图像完全模糊。

方法 2：零阶保持

简介

零阶保持方法是另一种缩放方法。它也被称为两次缩放。因为它只能缩放两次。我们将在下面的例子中看到它为什么这样做。

工作原理

在零阶保持方法中，我们分别从行中选择两个相邻元素，然后将它们相加并将结果除以二，并将其结果放在这两个元素之间。我们首先逐行执行此操作，然后逐列执行此操作。

例如

让我们拍摄一张 2 行 2 列的图像，并使用零阶保持将其缩放两倍。

首先，我们将按行缩放，然后按列缩放。

按行缩放

我们取前两个数字：（2 + 1）= 3，然后将其除以 2，得到 1.5，近似于 1。第 2 行也应用相同的方法。

按列缩放

我们取两个相邻列的像素值，即 1 和 3。我们将它们相加，得到 4。然后将 4 除以 2，得到 2，放在它们之间。所有列都应用相同的方法。

新图像大小

如您所见，新图像的尺寸为 3 x 3，而原始图像的尺寸为 2 x 2。因此，这意味着新图像的尺寸基于以下公式

(2(行数) 减 1) X (2(列数) 减 1)

优点和缺点。

这种缩放技术的优点之一是，与最近邻插值方法相比，它不会创建模糊的图像。但是它还有一个缺点，就是它只能以 2 的幂运行。这里可以演示一下。

两次缩放的原因：

考虑上面 2 行 2 列的图像。如果我们必须使用零阶保持方法将其放大 6 倍，我们就无法做到。正如公式所示。

它只能以 2、4、8、16、32 等的幂进行放大。

即使您尝试放大它，也无法做到。因为首先当您将其放大两倍时，结果将与按列缩放中所示的结果相同，尺寸等于 3x3。然后您再次放大​​它，您将获得等于 5 x 5 的尺寸。现在，如果您再次执行此操作，您将获得等于 9 x 9 的尺寸。

而根据您的公式，答案应该是 11x11。因为 (6(2) 减 1) X (6(2) 减 1) 等于 11 x 11。

方法 3：K 倍缩放

简介：

K 倍是我们要讨论的第三种缩放方法。它是迄今为止讨论过的最完美的缩放算法之一。它既能应对两倍缩放，又能应对像素复制的挑战。此缩放算法中的 K 代表缩放因子。

工作原理：

它的工作原理如下。

首先，您必须像两倍缩放一样取两个相邻像素。然后您必须从较大的像素中减去较小的像素。我们称之为输出 (OP)。

将输出 (OP) 除以缩放因子 (K)。现在，您必须将结果添加到较小的值，并将结果放在这两个值之间。

再次将值 OP 添加到您刚刚放入的值，并将其再次放在前一个放入的值旁边。您必须这样做，直到在其中放入 k-1 个值。

对所有行和列重复相同的步骤，您将获得放大的图像。

例如：

假设您有一张 2 行 3 列的图像，如下所示。您必须将其放大三倍或三倍。

本例中 K 为 3。K = 3。

应插入的值的数量为 k-1 = 3-1 = 2。

按行缩放

取前两个相邻像素。分别为 15 和 30。

从 30 中减去 15。30-15 = 15。

将 15 除以 k。15/k = 15/3 = 5。我们称之为 OP。（其中 op 只是一个名称）

将 OP 添加到较低的数字。15 + OP = 15 + 5 = 20。

再次将 OP 添加到 20。 20 + OP = 20 + 5 = 25。

我们这样做了 2 次，因为我们必须插入 k-1 个值。

现在对接下来的两个相邻像素重复此步骤。它显示在第一个表中。

插入值后，您必须按升序对插入的值进行排序，以便它们之间保持对称。

它显示在第二个表中

表 1。

表 2.

按列缩放

按列执行相同的程序。该过程包括取两个相邻像素值，然后从较大的像素值中减去较小的像素值。然后，您必须将其除以 k。将结果存储为 OP。将 OP 添加到较小的像素值，然后再次将 OP 添加到第一次添加 OP 的值中。插入新值。

这是您完成所有这些后得到的结果。

新图像大小

计算新图像尺寸公式的最佳方法是比较原始图像和最终图像的尺寸。原始图像的尺寸为 2 X 3。新图像的尺寸为 4 x 7。

因此公式为：

(K（行数减 1）+ 1) X (K（列数减 1）+ 1)

优点和缺点

k 倍缩放算法的一个明显优势是它能够计算任何倍数的缩放，这是像素复制算法的力量，它还可以提供改进的结果（更少模糊），这是零阶保持方法的力量。因此它包含了两种算法的力量。

该算法的唯一困难是它必须在最后进行排序，这是一个额外的步骤，从而增加了计算成本。

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