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Image zoom

Professor

Valery Starovoitov

Digital Image Processing

Cyfrowe Przetwarzanie Obrazów

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2

Zoom 0

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0

  

 

4

  

 0

  

 

3

  

 0

  

 

1

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3

Zoom 0-order

The second step is to apply the 2x2 flter            on the (2n) x (2n) 
image

       

0   0   0   0   0   0

 

1   1   7   7   8   8

       0   

3

   0   

7

 

  0 

  

8

 

1   

3

   7   

7

 

  8   

8

       0   0   0   0   0   0 

7   7   5   5   4   4

    3   7   8 

       0   

7

 

  0  

 

5

 

  0   

4

 

7   

7

 

  5  

 

5

 

  4   

4

    7   5   4

       0   0   0   0   0   0 

4   4   3   3   1   1

    4   3   1

       0   

4

  

 0   

3

   0   

1

 

4   

4

  

 3   

3

   1   

1

The pixels of the original image have been replicated into 2x2 

blocks. 

This is called 0-order interpolation. 

1

1

1

1

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4

Zoom 0-order

The 0-order x2 zooming method described in the previous 
slides.

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5

Zoom 1-order

Because of the pixel replication the previous method creates 

blocky 

images.

To address this problem, instead of the 2x2 flter

we can apply the 3x3 flter

This method is called 1-order or linear interpolation. 

4

/

1

2

/

1

4

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1

2

/

1

1

2

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1

4

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1

2

/

1

4

/

1

1

1

1

1

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6

Zoom 1-order

Linear interpolation also preserves the original pixels:

0   0   0   0   0   0

 

    

(1/4)·0 + (1/2)·0  + (1/4)·0 +

0   

3

   0   

7

   0   

+  (1/2)·0 +    (1)·

7

  

+ (1/2)·0 +

0   0   0   0   0   0

 

+  (1/4)·0 + (1/2)·0  + (1/4)·0 = 7

0   

7

   0   

5

   0   

0   0   0   0   0   0

 

0   

4

   0   

3

   0   

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7

Zoom 1-order

Assuming zeros on the boundary, a new pixel between two old 

ones is 

the average of them:

0   0   0   0   0   0

 

   

(1/4)·0 + (1/2)·0 + (1/4)·0 + 

0   

3

   0   

7

   0   

+ (1/2)·

7

 +    (1)·0 + (1/2)·

5

 + 

0   0   0   0   0   0

 

+ (1/4)·0 + (1/2)·0 + (1/4)·0 = 6

0   

7

   0   

5

   0   

0   0   0   0   0   0

 

0   

4

   0   

3

   0   

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8

Zoom 1-order

A new pixel between four old ones is again the average of 

them:

0   0   0   0   0   0

 

   

(1/4)·

7

 + (1/2)·0 + (1/4)·

5

 + 

0   

3

   0   

7

   0   

+ (1/2)·0 +    (1)·0 + (1/2)·0 + 

0   0   0   0   0   0

 

+ (1/4)·

4

 + (1/2)·0 + (1/4)·

3

 = 

19/4

0   

7

   0   

5

   0   

0   0   0   0   0   0

 

0   

4

   0   

3

   0   

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9

Zoom 1-order

The 1-order x2 zoom described in the previous slides.

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10

Zoom

x1

x2

x4

We can repeat the process to obtain x4, x8, x16, … , zooms of 

the 

original.

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11

Other zooming methods

Other more sophisticated algorithms use: 

Higher order interpolation, e.g. cubic interpolation. 

Assume that the original pixels are on a cubic B-spline.
Compute the pixels in between so that they also lie on the 
same spline.

Nonlinear diffusion.

Assume that the values of the original pixels correspond to a 
natural property of them, e.g. temperature. 
Solve a differential equation to compute the flow of the heat in 
the image and thus fnd the values of the pixels in between. 

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12

Summary of zoom methods

0-order and 1-order linear interpolation can be used to obtain zooms of 
an image. 

The results are generally poor, but the method is very fast and simple. 

Implementing these algorithms with spatial linear flters is better than 

direct implementation:

It is always good to use general tools; spatial linear flters have 
other uses than zooming.
Spatial linear flters are very fast because they are supported by the 
GPU (Graphics Processing Unit). 


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