图像降采样算法

Question

有人知道微软在Paint中用了哪些算法来缩小图片吗？

我想开发一个小软件（仅供个人使用）来缩小大量图片（使用Java）。在使用Java的“内置”函数NearestNeighbor、Bilinear和Bicubic后，结果质量很差...我使用了Lanczos算法，结果好多了，但仍然没有达到MS Paint的效果。注意：所使用的Paint版本是Windows 7版，我使用的Lanczos实现是Millie项目LanczosResamplePlugin.java中的，而内置的Java函数来自Graphics2D：

    g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_INTERPOLATION, RenderingHints.VALUE_INTERPOLATION_BICUBIC);
    g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_RENDERING, RenderingHints.VALUE_RENDER_QUALITY);
    g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_COLOR_RENDERING, RenderingHints.VALUE_COLOR_RENDER_QUALITY);
    g2d.setRenderingHint(RenderingHints.KEY_STROKE_CONTROL, RenderingHints.VALUE_STROKE_NORMALIZE);

如果有人有想法可以达到相同的高质量结果，这将对我的结果图片和知识也有帮助。

以下是一些结果:

(我不会发布NN、双线性和双三次结果，因为它们给出的结果质量非常差)

下面是一张风景图片(在Google图片中找到)。原始文件大小为1680x1050，原始文件中的草地非常锐利(所以Paint的结果似乎比Lanczos更好)。

原始图像可以在此处查看: landscape-wallpaper-11a.jpg

Lanczos结果:

vs Paint 结果：

下面是另一张图片（个人图片），附有一些文字说明。您可以注意到，在Lanczos处理结果中，文本不太清晰易读（不够锐利），而在Paint处理结果中则较为清晰。此外，在黑色标题文本和白色文本区域之间，在Lanczos结果中存在一些噪点，而在Paint结果中却不存在。在底部，纸上的URL在第一种结果中完全模糊/不可读，在Paint结果中则可读。

vs Paint 结果：

我首先认为微软使用了两种算法：一种用于缩小图片，另一种用于锐化结果图像？但是由于上一个示例中底部的url仍然可读，这可能不是由于缩小结果的锐化造成的...？

谢谢

编辑

好的，我有点傻...图片上的噪声是由于jpeg压缩质量引起的（当我保存图片时，我的Java代码没有设置它）。

下面是png格式的结果，所以没有噪声。但结果仍然无法像画笔一样读取。

Lanczos cheese png

- Alexxx

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你也有原始图片的链接吗？ - Lasse V. Karlsen

我已经将第一个示例原始图片的链接放在了结果上方。对于第二个文件，我已经找到了上传和共享的方法（文件大小为3.5Mo）。 - Alexxx

旧版的 MSPaint 在缩小图片时表现得很糟糕，而 Windows 7 的 Paint 明显有所改进。 - Ander Biguri

Answer 1

MSPaint使用双线性插值，然后使用卷积核锐化图像：

0.0，-0.125，0.0

-0.125，1.5，-0.125

0.0，-0.125，0.0

ImageMagick命令：

magick image.png -scale 512 -morphology Convolve "3x3: 0.0, -0.125, 0.0 -0.125, 1.5, -0.125 0.0, -0.125, 0.0" image_resized.png

- skenera

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据我所知，这似乎是最正确的答案（-scale，然后卷积），或者至少非常接近。但在等比例缩放时，较小的图像尺寸如何舍入有一个显着的区别 - 因此，例如，如果限制因素是图像高度，则 mspaint 有时可能会生成宽度比 ImageMagick 生成的少1像素的图像。真希望我可以多次点赞，我已经想了好几年了！ - dialer

Answer 2

好的，我明白了！事实上，在MS Paint（Win7）中并没有魔法。它必须使用众所周知的Lanczos算法来调整图像大小（向下和向上？），这似乎是最好的一般重采样算法（在XnView中，我们可以选择重采样算法，在那里它是默认选项）。

因此，我发现了另外两个Java实现，它们分别给出不同的结果：

原始图像： landscape-wallpaper-11a.jpg

1. 来自Milli项目的Lanczos 此处

2. 来自“atyou”日本博客的Lanczos 此处

3. 来自“zattonaka”日本博客的Lanczos 此处

4. 来自MS Paint Win7的算法（Lanczos？）

我的第二组结果是我个人图片中的：

1. 从Milli项目这里得到

2. 从"atyou"日本博客这里得到

3. 从"zattonaka"日本博客这里得到

4. 来自MS Paint Win7的算法（Lanczos？）

以上项目中，第3项的结果似乎最接近MS Paint的结果（但不完全相同）。它具有清晰易读的文本（第二个测试）和与原始图像中一样锐利的草地（第一个测试）。

此外，正如我之前在问题编辑部分中提到的那样，噪点是由于保存时使用了jpeg压缩。上面的结果是PNG格式，因此不会受到jpeg压缩引起的伪影的影响。

- Alexxx

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有关调整大小滤镜及其参数的良好参考，请参阅ImageMagick页面https://www.imagemagick.org/Usage/filter/和https://www.imagemagick.org/Usage/filter/nicolas/。 - fmw42

Answer 3

与Alex所说的相反，我很确定Paint使用由GDI+提供的高质量双三次方法，而不是像Zattonaka的实现。您可以通过要求两者将交替的黑白扫描线图像缩小一行来验证。

在Paint中，黑白扫描线保留在顶部和底部，但在中间淡入深灰色。

Zattonaka的实现始终保留交替的黑白扫描线，但删除一条扫描线。原因在于这段代码：

int bsx = (int)(dx / scale), bsy = (int)(dy / scale);

虽然这在人造条形码图像上可以得到良好的结果，但它实际上是最近邻缩放加上Lanczos预处理阶段。对于一些真实世界的图像，它将表现得非常糟糕，与最近邻缩放不起作用的原因相同：它倾向于削减小细节。由于Lanczos卷积，Zattonaka的实现并不像最近邻缩放那样糟糕，但有些图像仍然会变得非常糟糕。

如果你想要类似于Paint的东西，最好尝试一个好的双三次插值器，再进行预锐化以抵消缩小模糊。你可能需要微调一下。

- Anonymous