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双线性插值计算器
欢迎使用Omni的双线性插值计算器!您是双线性插值专业人士吗?还是想知道双线性插值到底是什么?在这里您可以找到双线性插值方法的简要概述,以及双线性插值公式的详细解释和推导。
双线性插值是一种在矩形上进行二维插值的流行方法。也就是说,我们假设我们知道某个未知函数在形成矩形的四个点上的值。设这些点等于(x₁, y₁)、(x₁, y₂)、(x₂, y₁)和(x₂, y₂),函数值如下:在(x₁, y₁)处的值为Q₁₁;在(x₁, y₂)处的值为Q₁₂;在(x₂, y₁)处的值为Q₂₁;在(x₂, y₂)处的值为Q₂₂。
使用双线性插值,我们可以估计该函数在矩形内任意点(x, y)的值。我们将这个未知值表示为P。这种插值方案应用广泛,有许多应用,特别是在计算机视觉和图像处理中。它基于一种更简单且广泛教授的线性插值程序。
如何使用双线性插值计算器?
使用这个计算器非常简单:
- 输入数据:x₁、y₁、x₂、y₂作为插值基点的坐标
- Q₁₁、Q₁₂、Q₂₁、Q₂₂作为这些点的值
- x、y作为我们要通过双线性插值来插值未知函数的点
- 就是这样!我们的双线性插值计算器会返回结果,即(x, y)处P的值。小菜一碟,不是吗?🍰
值得注意的是,双线性插值所需的数据通常以表格形式收集。将其与上面的图表进行比较,看看这个表格的设计有多巧妙!
双线性插值公式
双线性插值方法的一般思路如下:首先在x方向(水平)执行两次线性插值:先在(x, y₁),然后在(x, y₂)。接下来,在y方向(垂直)执行线性插值:使用在(x, y₁)和(x, y₂)的插值值来获得最终点(x, y)的插值。
使用向量和矩阵,我们可以将上述双线性插值公式P重写为以下形式:
提示:在使用双线性插值公式的矩阵形式时,您可能需要使用我们的矩阵乘法计算器。
双线性插值示例
那是很多理论,不是吗?如果您感到有点不知所措,别担心!在本节中,我们将解决一个示例,向您展示如何在实践中使用双线性插值公式。
假设一个未知函数具有:在(0, 1)处的值为12;在(0, 3)处的值为-4;在(4, 1)处的值为0;在(4, 3)处的值为8。我们想要估计该函数在(1, 2)处的值。
让我们开始写下一些数据:
对于矩形角点,我们有:x₁ = 0, x₂ = 4, y₁ = 1, y₂ = 3
相应的函数值为:Q₁₁ = 12, Q₂₁ = 0, Q₁₂ = -4, Q₂₂ = 8
我们执行双线性插值的点是:x = 1, y = 2
让我们计算双线性插值公式中出现的项:
(x₂ - x₁) × (y₂ - y₁) = (4 - 0) × (3 - 1) = 8
(x₂ - x) × (y₂ - y) = (4 - 1) × (3 - 2) = 3
(x - x₁) × (y₂ - y) = (1 - 0) × (3 - 2) = 1
(x₂ - x) × (y - y₁) = (4 - 1) × (2 - 1) = 3
(x - x₁) × (y - y₁) = (1 - 0) × (2 - 1) = 1
将这些值代入P的公式:
P = 3/8 × Q₁₁ + 1/8 × Q₂₁ + 3/8 × Q₁₂ + 1/8 × Q₂₂
P = 3/8 × 12 + 1/8 × 0 + 3/8 × (-4) + 1/8 × 8
P = 9/2 - 3/2 + 1 = 4
最终,我们得到P = 4。
实际应用
双线性插值在许多领域都有广泛的应用,特别是在需要平滑数据或估计中间值的场景中。
图像处理应用: 在图像处理中,双线性插值是最常用的技术之一。当您放大或缩小图像时,需要计算新像素位置的颜色值。双线性插值通过考虑周围四个像素的值来估算新位置的像素值,从而产生平滑的图像效果。
例如,当您在手机上放大照片时,系统就在使用双线性插值(或更高级的插值方法)来创建平滑的放大效果,而不是看到锯齿状的像素块。
地理信息系统: 在地理信息系统(GIS)中,双线性插值用于根据已知测量点估算地形高度。例如,如果您有四个测量点的海拔数据,可以使用双线性插值来估算这些点之间任何位置的海拔高度。
这在创建数字高程模型(DEM)和地形图时特别有用,可以从有限的测量数据中生成连续的地形表面。
双线性插值的性质
让我们再次查看P的最终公式并指出它的一些性质:
双线性插值是:
- 相对于矩形角点的未知函数值Q₁₁、Q₁₂、Q₂₁和Q₂₂是线性的
- 沿着每条水平线(x变化,y不变)和每条垂直线(x不变,y变化)是线性的
- 但相对于插值点的位置,即作为x和y的函数,是二次的
双线性插值是矩形四个角点值Q₁₁、Q₁₂、Q₂₁和Q₂₂的加权平均值,权重由角点与点(x, y)之间的距离决定。角点离(x, y)越近,该角点获得的权重就越大。要了解更多信息,请参阅加权平均计算器。
常见问题
什么是双线性插值?
双线性插值是一种在矩形区域内进行二维插值的方法。当您知道矩形四个角点的值时,可以使用双线性插值来估算矩形内任意点的值。它通过在x和y两个方向上进行线性插值来实现,因此称为"双线性"。
双线性插值和线性插值有什么区别?
线性插值是一维的,只在一条线上的两个已知点之间进行插值。而双线性插值是二维的,在一个平面上的四个已知点(形成矩形)之间进行插值。双线性插值实际上是在两个方向上分别进行线性插值的组合。
参数名 | 参数类型 | 默认值 | 是否必传 | 描述 |
---|---|---|---|---|
valueQ11 | number | 0 | 否 | 点(x1,y1)处的函数值 |
valueQ22 | number | 0 | 否 | 点(x2,y2)处的函数值 |
valueQ12 | number | 0 | 否 | 点(x1,y2)处的函数值 |
coordinateY1 | number | 0 | 否 | 矩形下边界的y坐标值 |
coordinateX1 | number | 0 | 否 | 矩形左边界的x坐标值 |
coordinateY2 | number | 1 | 否 | 矩形上边界的y坐标值,必须大于y1 |
coordinateX2 | number | 1 | 否 | 矩形右边界的x坐标值,必须大于x1 |
targetY | number | 0.5 | 否 | 待插值点的y坐标,必须在[y1,y2]范围内 |
targetX | number | 0.5 | 否 | 待插值点的x坐标,必须在[x1,x2]范围内 |
valueQ21 | number | 0 | 否 | 点(x2,y1)处的函数值 |
参数名 | 参数类型 | 默认值 | 描述 |
---|---|---|---|
interpolatedValue | number | 目标点(x,y)处的双线性插值结果 | |
weightQ12 | number | 左上角点在插值计算中的权重系数 | |
weightQ11 | number | 左下角点在插值计算中的权重系数 | |
weightQ22 | number | 右上角点在插值计算中的权重系数 | |
weightQ21 | number | 右下角点在插值计算中的权重系数 |
错误码 | 错误信息 | 描述 |
---|---|---|
FP00000 | 成功 | |
FP03333 | 失败 |
参考上方对接示例