OpenCV 图像缩放cv::resize 各种插值方式的比较

1. resize函数说明
    OpenCV提供了resize函数来改变图像的大小,函数原型如下:

void resize(InputArray src, OutputArray dst, Size dsize, double fx=0, double fy=0, int interpolation=INTER_LINEAR );

参数说明:

src:输入,原图像,即待改变大小的图像;
dst:输出,改变大小之后的图像,这个图像和原图像具有相同的内容,只是大小和原图像不一样而已;
dsize:输出图像的大小。如果这个参数不为0,那么就代表将原图像缩放到这个Size(width,height)指定的大小;如果这个参数为0,那么原图像缩放之后的大小就要通过下面的公式来计算:
       dsize = Size(round(fx*src.cols), round(fy*src.rows))

       其中,fx和fy就是下面要说的两个参数,是图像width方向和height方向的缩放比例。

fx:width方向的缩放比例,如果它是0,那么它就会按照(double)dsize.width/src.cols来计算;
fy:height方向的缩放比例,如果它是0,那么它就会按照(double)dsize.height/src.rows来计算;
interpolation:这个是指定插值的方式,图像缩放之后,肯定像素要进行重新计算的,就靠这个参数来指定重新计算像素的方式,有以下几种:
      INTER_NEAREST - 最邻近插值
      INTER_LINEAR - 双线性插值,如果最后一个参数你不指定,默认使用这种方法
      INTER_AREA -区域插值 resampling using pixel area relation. 
                It may be a preferred method for image decimation, as it gives moire’-free results.
                But when the image is zoomed, it is similar to the INTER_NEAREST method.       INTER_CUBIC - 4x4像素邻域内的双立方插值       INTER_LANCZOS4 - 8x8像素邻域内的Lanczos插值

使用注意事项:

   dsize和fx/fy不能同时为0,要么你就指定好dsize的值,让fx和fy空置直接使用默认值,就像

resize(img, imgDst, Size(30,30));

要么你就让dsize为0,指定好fx和fy的值,比如fx=fy=0.5,那么就相当于把原图两个方向缩小一倍!

OpenCV官方说明:注意红色方框那句话:

To shrink an image, it will generally look best with cv::INTER_AREA interpolation, whereas to enlarge an image, 
it will generally look best with cv::INTER_CUBIC (slow) or cv::INTER_LINEAR (faster but still looks OK).


2.各种插值方式的比较
    OpenCV的cv::resize函数支持多种插值方式,这里主要比较下面四个常用的插值方式。

2.1 INTER_NEAREST(最近邻插值)
    最近邻插值是最简单的插值方法,选取离目标点最近的点作为新的插入点,计算公式表示如下:

插值后的边缘效果:由于是以最近的点作为新的插入点,因此边缘不会出现缓慢的渐慢过度区域,这也导致放大的图像容易出现锯齿的现象

2.2 INTER_CUBIC  (三次样条插值)

插值后的边缘效果:可以有效避免出现锯齿的现象

2.3 INTER_LINEAR(线性插值)

    线性插值是以距离为权重的一种插值方式。

插值后的边缘效果:可以有效避免出现锯齿的现象

2.4 INTER_AREA  (区域插值)
   区域插值共分三种情况,图像放大时类似于双线性插值,图像缩小(x轴、y轴同时缩小)又分两种情况,此情况下可以避免波纹出现。因此对图像进行缩小时,为了避免出现波纹现象,推荐采用区域插值方法。

  OpenGL说明文档有这么解释:To shrink an image, it will generally look best with #INTER_AREA interpolation, whereas to enlarge an image, it will generally look best with #INTER_CUBIC (slow) or #INTER_LINEAR (faster but still looks OK).

    如果要缩小图像,通常推荐使用INTER_AREA插值效果最好,而要放大图像,通常使用INTER_CUBIC(速度较慢,但效果最好),或者使用INTER_LINEAR(速度较快,效果还可以)。

插值后的边缘效果:

测试代码:

 1 #include <chrono>
 2 #include <opencv2/opencv.hpp>
 3 #define  millisecond 1000000
 4 #define DEBUG_PRINT(...)  printf( __VA_ARGS__); printf("\n")
 5 #define DEBUG_TIME(time_) auto time_ =std::chrono::high_resolution_clock::now()
 6 #define RUN_TIME(time_)  (double)(time_).count()/millisecond
 7 using namespace std;
 8  
 9  
10 int main()
11 {
12     string image_path = "D:\\imageEnhance\\hdrnet\\1.jpg";
13     cv::Mat image = cv::imread(image_path);
14     cv::Mat image2X_INTER_NEAREST;
15     cv::Mat image2X_INTER_LINEAR;
16     cv::Mat image2X_INTER_AREA;
17     cv::Mat image2X_INTER_CUBIC;
18     double scale = 3.0;
19  
20     cv::Mat initMat;
21     cv::resize(image, initMat, cv::Size(), scale, scale, cv::INTER_NEAREST);
22  
23  
24     DEBUG_PRINT("image size[%d,%d],scale=%3.1f", image.rows,image.cols, scale);
25     DEBUG_TIME(T0);
26     cv::resize(image, image2X_INTER_NEAREST, cv::Size(), scale, scale, cv::INTER_NEAREST);//最近邻插值
27     DEBUG_TIME(T1);
28     cv::resize(image, image2X_INTER_LINEAR, cv::Size(), scale, scale, cv::INTER_LINEAR); //线性插值(默认)
29     DEBUG_TIME(T2);
30     cv::resize(image, image2X_INTER_AREA, cv::Size(), scale, scale, cv::INTER_AREA);     //区域插值,图像放大时类似于线性插值,图像缩小时可以避免波纹出现。
31     DEBUG_TIME(T3);
32     cv::resize(image, image2X_INTER_CUBIC, cv::Size(), scale, scale, cv::INTER_CUBIC);   //三次样条插值
33     DEBUG_TIME(T4);
34  
35     DEBUG_PRINT("INTER_NEAREST:%3.3fms", RUN_TIME(T1 - T0));
36     DEBUG_PRINT("INTER_LINEAR :%3.3fms", RUN_TIME(T2 - T1));
37     DEBUG_PRINT("INTER_AREA   :%3.3fms", RUN_TIME(T3 - T2));
38     DEBUG_PRINT("INTER_CUBIC  :%3.3fms", RUN_TIME(T4 - T3));
39  
40     return 0;
41 }

运行结果:

image size[2912,4368],scale=3.0
INTER_NEAREST:211.946ms
INTER_LINEAR :510.467ms
INTER_AREA   :541.749ms
INTER_CUBIC  :213.416ms

3. 总结
    测试结果表明:

速度比较:INTER_NEAREST(最近邻插值)>INTER_CUBIC  (三次样条插值)>INTER_LINEAR(线性插值)>INTER_AREA  (区域插值)
对图像进行缩小时,为了避免出现波纹现象,推荐采用INTER_AREA 区域插值方法。
OpenCV推荐:如果要缩小图像,通常推荐使用#INTER_AREA插值效果最好,而要放大图像,通常使用INTER_CUBIC(速度较慢,但效果最好),或者使用INTER_LINEAR(速度较快,效果还可以)。至于最近邻插值INTER_NEAREST,一般不推荐使用
特殊说明:鄙人在测试的时候,发现使用INTER_CUBIC方法,并不慢啊啊啊,比INTER_LINEAR还快!!!!这个就比较尴尬了!我猜是OpenCV有对INTER_CUBIC插值方法进行特殊的优化吧!



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