OpenCV图像缩放resize各种插值方式的比较实现

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：https://docs.opencv.org/3.2.0/da/d54/group__imgproc__transform.html#ga47a974309e9102f5f08231edc7e7529d

To shrink an image, it will generally look best with cv::INTER_AREAinterpolation, 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。

参考资料：《OpenCV中resize函数五种插值算法的实现过程》

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：

#include <chrono>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#define  millisecond 1000000
#define DEBUG_PRINT(...)  printf( __VA_ARGS__); printf("\n")
#define DEBUG_TIME(time_) auto time_ =std::chrono::high_resolution_clock::now()
#define RUN_TIME(time_)  (double)(time_).count()/millisecond
using namespace std;

cv::Mat image_resize(cv::Mat image, int width, int height, int interpolation, int num) {
    cv::Mat dest;
    for (int i = 0; i < num; ++i) {
        cv::resize(image, dest, cv::Size(width, height), 0, 0, interpolation);//最近邻插值
    }
    return dest;
}

int main() {
    string path = "../1.jpg";
    cv::Mat image = cv::imread(path);
    cv::resize(image, image, cv::Size(1000, 1000));
    int re_width = 900;
    int re_height = 900;
    int  num=10;
    cv::Mat image2X_INTER_NEAREST;
    cv::Mat image2X_INTER_LINEAR;
    cv::Mat image2X_INTER_AREA;
    cv::Mat image2X_INTER_CUBIC;
    cv::Mat initMat;
    DEBUG_PRINT("image input size:%dx%d", image.rows, image.cols);
    DEBUG_TIME(T0);
    image2X_INTER_NEAREST=image_resize(image, re_width, re_height, cv::INTER_NEAREST, num);
    DEBUG_TIME(T1);
    image2X_INTER_LINEAR=image_resize(image, re_width, re_height, cv::INTER_LINEAR, num);
    DEBUG_TIME(T2);
    image2X_INTER_AREA=image_resize(image, re_width, re_height, cv::INTER_AREA, num);
    DEBUG_TIME(T3);
    image2X_INTER_CUBIC=image_resize(image, re_width, re_height, cv::INTER_CUBIC, num);
    DEBUG_TIME(T4);
    DEBUG_PRINT("resize_image:%dx%d,INTER_NEAREST:%3.3fms",
            image2X_INTER_NEAREST.rows,
            image2X_INTER_NEAREST.cols,
            RUN_TIME(T1 - T0)/num);
    DEBUG_PRINT("resize_image:%dx%d,INTER_LINEAR :%3.3fms",
            image2X_INTER_LINEAR.rows,
            image2X_INTER_LINEAR.cols,
            RUN_TIME(T2 - T1)/num);
    DEBUG_PRINT("resize_image:%dx%d,INTER_AREA   :%3.3fms",
            image2X_INTER_AREA.rows,
            image2X_INTER_AREA.cols,
            RUN_TIME(T3 - T2)/num);
    DEBUG_PRINT("resize_image:%dx%d,INTER_CUBIC  :%3.3fms",
            image2X_INTER_CUBIC.rows,
            image2X_INTER_CUBIC.cols,
            RUN_TIME(T4 - T3)/num);
    return 0;
}

运行结果：

image input size:1000x1000
resize_image:900x900,INTER_NEAREST:0.389ms
resize_image:900x900,INTER_LINEAR :0.605ms
resize_image:900x900,INTER_AREA   :2.611ms
resize_image:900x900,INTER_CUBIC  :1.920ms

3. 总结

测试结果表明：

• 速度比较：INTER_NEAREST（最近邻插值)>INTER_LINEAR(线性插值)>INTER_CUBIC(三次样条插值)>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

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