双立方差值,菜鸟的理解

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一:数学原理

如果已知一个函数f(x)以及它在x=0,x=1处的导数,那么函数可以在[0,1]之间插值,当函数

表达为三次多项式时我们称之谓立方插值。一个三次多项式及其导数:

        f(x) =ax^3 +bx^2 + cx + d

         f’(x)=3ax^2 + 2bx +c

多项式在x=0, x=1处值及其导数值为:

         f(0)= d;

         f(1)= a + b + c + d;

         f’(0)=c

         f’(1)=3a + 2b + c

 

上述的四个等式可以等价的变换为:

         a= 2f(0) – 2f(1) + f’(0) + f’(1)

         b= -3f(0) + 3f(1) – 2f’(0) – f’(1)

         c= f’(0)

         d= f’(1)

假设你有四个点值p0, p1, p2, p3分别在x=-1, x=0, x=1, x=2, 把值分别指定到f(0), f(1), f’(0),

f’(1)中为:

         f(0)= p1

         f(1)= p2

         f’(0)= (p2 – p0)/2

         f’(1)= (p3-p1)/2

 

这个我们的立方插值公式变成:

f(p0,p1,p2,p3, x) = (-1/2p0 + 3/2p1 -3/2p2+ 1/2p3)x^3 + (p0-5/2p1 + 2p2 -1/2d)x^2 + (-1/2p0 +

1/2p2)x + p1

 =======================================================彩笔的理解

       一维的插值,这样理解:前提是y=f(x)是一个三次函数,且在【0,1】可导。已知条件:只知道有四个点值p0, p1, p2, p3分别在x=-1, x=0, x=1, x=2的值,即p0=f(-1),p1=f(0),p2=f(1),p3=f(2)。问题:想推算一下f(x)在【0,1】区间上的任意点的y值。这就是一个进行插值的过程,既求取一个拟合的3次函数,至于为什么是四个点才能确定请看上面的推算,这里我没有深入探究,反正人家有自己的道理,咱不求甚解。结论:f(p0,p1,p2,p3, x) = (-1/2p0 + 3/2p1 -3/2p2+ 1/2p3)x^3 + (p0-5/2p1 + 2p2 -1/2d)x^2 + (-1/2p0 +1/2p2)x + p1;(就是用着四个点确定了x前面的系数)!

      下面我们需要把这个y=f(x)=f(p0,p1,p2,p3, x)的拟合方法推广到二维空间,就是z=G(x,y),我们需要推算z的值,图像上的解释就是知道了图像坐标(x,y)推算该点的灰度值。拟合的函数的结果为:G(x, y) = f (f (p00, p01, p02, p03, y), f(p10,p11, p12, p13, y), f(p20, p21, p22, p23, y), f(p30, p31, p32, p33, y), x)=G(x,y)=f(y0,y1,y2,y3,x)~~~~这个好像需要迭代好几层,套公式吧,值得注意的是y=f(p0,p1,p2,p3,x)中点前面的系数可是根据实际情况变化的,这里只是因为给的四个点是这样的值才是这样的系数取值。

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双立方插值是立方插值在二维空间的表达, 插值公式可以表述为:

G(x, y) = f (f (p00, p01, p02, p03, y), f(p10,p11, p12, p13, y), f(p20, p21, p22, p23, y), f(p30, p31, p32, p33, y), x)

解出其中的16个参数,即可得带G(x, y)目标插值点的值。

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