基于双线性插值改进算法的图像放大技术实现

1、 2006 10月号软件导刊 91基于双线性插值改进算法的图像放大技术实现王 杉, 范学峰(同济大学 电子信息与工程学院, 上海 200433摘 要:针对双线性插值算法在图像放大过程中处理图像边缘部分的不足, 提出了一种新的改进算法。该算法通过分析图 像的局部结构对图像分别进行插值。同质区域采用双线性插值算法, 边缘区域采用基于圆形孔径的方法进行放大。此外, 通过 与传统算法进行比较, 利用实例说明了该算法在图像处理细节部分的优越性。关键字 :双线性插值; 图像放大技术; 图像处理技术 中图分类号:TP317.4文献标识码:A文章编号:1672-7800(2006 10-0091-020前言数

2、字图像处理技术起源于 20世纪 20年代, 经过半个多世纪的发展, 已经广泛 应用于工业、 医疗保健、 航空航天等各个 领域, 在国民经济中发挥着越来越重要的 作用。图象处理技术的一个基本内容是 图像的放大和缩小 (简称放缩 , 它在图像 显示、 传输 (通信 、 分析及动画制作等方 面有着广泛的应用。图像放大的基本要求是能够以较快 速度得到较好的放大效果, 即放大后所需 要的图像处理细节部分仍然清晰。在图 像放大时要进行插值运算, 理想的插值是 辛格函数插值 1。但由于它的运算量太大, 所以在实际应用中, 重复平移象素法 2(Du-plicatePixels 和双线性插值法 3(Biline

3、arIn-terpolation 是最常用的图像放大算法。虽 然这两种算法都有较快的速度, 但是在放 大效果方面有所不足。重复平移象素法 只是简单地复制源象素点最邻近的象素 点 (最邻近取样 , 其结果是产生象素块 (即 马赛克 ,使得图像整体不清楚。而双线 性插值法则利用了源象素点周围邻近的 4个象素点的线性平均权值计算目标象素点值, 这样虽然可以得到较好的整体效果, 但图像的边缘模糊, 细节部分不够清晰。笔者提供了一种基于双线性插值的 改进算法, 该算法针对双线性插值算法在 边缘处理上的不足, 加以了改进, 从而使 得放大后的图像处理细节部分仍然清晰。1基于双线性插值的改进算法1.1基本思

4、想该算法通过分析图像的局部结构对 图像分别进行插值。原始图像将被分为 两部分:同质区域和边缘区域。 不同区域 的象素使用不同的方法进行插值。算法 的基本步骤如图 1 所示。图 1算法的基本步骤本文将通过预先设定的阈值来判定 一个象素属于同质区域还是边缘区域。 首先, 通过一个 3×3的窗口判定在水平、 垂直和对角线方向上不同象素的值。之 所以选择 3×3的窗口是因为其可以减少 本算法的计算量和结构复杂度。 然后, 逐 个判定 4个方向上像素值的差值。 4个方 向上象素值的差值如图 2所示。如果差值比预先设定的阈值小, 那么 尚未被插值的象素点 (白色的点 就被认 为属于同质

5、区域, 反之, 则属于边缘区域。 在同质区域内的象素点将直接使用双线 性插值进行处理, 边缘区域的象素点将采 用一种新的算法进行插值。 1.2具体步骤判断象素点属于哪个区域的具体步 骤如下:设定 X 表示原始图像, 其大小为 H*W,将图像放大 2倍, 放大后的图像用 Y 表示。原始图像上的象素点用 X i, j 表 示, 放大后的图像上的象素点用 Y2i, 2j 表 示。 以图 3为例, 将依据 Y 2i,2j 、 Y 2i+2,2j、 Y 2i,2j+2、 Y 2i+2,2j+24个原始象素点,采用下面所述的 方法来判定其中的 Y 2i+1,2j、 Y 2i,2j+1、 Y 2i+1,2j

6、+13个 象素点属于哪个区域。如果象素点属于同质区域, 则将采用双线性插值法确定其作者简介:王 杉 (1983 , 女, 安徽省安庆市潜山县人, 上海同济大学计算机应用技术专业硕士研究生, 研究方向为计算机网络与信息处理; 范学峰 (1947 ,男, 上海同济大学博士 (硕士 生导师、 研究员, 研究方向为计算机网络与信息处理。 92软件导刊 2006 10月号象素值。/2 倍。当放大 2倍后, 该 圆 的 面 积 大 小 为 6.28。从图 4可以看出, 该圆为放大两倍后所形成的正方形的外接圆。同理, 若放大 3倍, 则采用的圆也为相应的正方形的外接 圆。 2006 10月号软件导刊 93基

7、于免疫算法的二次曲面几何参数提取石秋华, 常呈果, 刘雪梅, 牛志轩(华北水利水电学院, 河南 郑州 450045摘 要 :在机械产品的逆向工程中, 针对测量数据提取常用二次曲面几何参数非常重要 , 它有助于理解设计意图, 提高重建 模型的精度和效率。提出了基于实数编码免疫算法针对离散数据点进行二次曲面提取的方法。数值实验结果证明了此算法的 有效性、 鲁棒性和精确性。关键词 :免疫算法; 二次曲面; 实数编码; 逆向工程 中图分类号:TP301.6文献标识码:A文章编号:1672-7800(2006 10-0093-030前言逆向工程是将现有实物或模型经数字化后转换为 CAD 模型的过程。 机

8、械零 件的表面存在大量的平面和二次曲面等 规则曲面, 将零件中的规则曲面从测量数 据中提取出来, 并判断曲面类型, 计算其 几何参数, 不仅可以提高重建模型的精度和模型重建的速度, 而且还可以还原设计 意图, 便于实现参数化设计与修改 1。目前基于离散数据提取二次曲面几 何参数的研究较少, 加拿大的 Roth 2等人 用遗传算法实现了几何元素的提取, 前提 条件是已知二次曲面或曲线的方程, 然后 用基于整数编码的遗传算法寻找能表示 曲面的最小点集, 二次曲面的方程或参数采用最小二乘法获得。利用最小二乘法 时, 若初值选择不好, 会使迭代不收敛。 英国 Cardiff 大学的 Marshall

9、等 3和浙江大 学的吕震、 柯映林采用改进的最小二乘法 进行二次曲面提取, 他们首先对二次曲面 重新参数化, 用近似距离代替实际距离以 简化计算, 然后用 Levenberg-Marquardt 迭 代法求解目标函数。该算法在曲率变小基金项目 :航空科学基金项目 (04H53059 和华北水利水电学院青年科研基金项目 (HSQJ2004003作者简介:石秋华 (1977- , 女, 河南许昌人, 华北水利水电学院助教 , 主要研究方向为逆向工程; 常呈果 (1977 , 女, 河南鹤壁人, 华北水利水电学院助教, 主要研究方向为数据库。An Improved Algorithm Based on Bilinear Interpolation in Image Mag-nification and Its RealizationWang Shan, Fan Xuefeng(School of Electronic and Information En