Image Resizing กับ Image Resampling แตกต่างกันอย่างไร ?

Image Resizing กับ Image Resampling แตกต่างกันอย่างไร ?

ในวงการรูปภาพ อาจจะเคยเจอคำว่า "Image Resizing" และ "Image Resampling" ซึ่งทั้ง 2 คำนี้ มีความเหมือนกันตรงที่มันเป็นตัวที่เอาไว้ ปรับความละเอียดของภาพ แต่เบื้องหลังการทำงานของมันมีความแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง และไม่สามารถใช้สองคำนี้แทนกันได้ ซึ่งมันทำงานต่างกันอย่างไร เราจะมาอธิบายให้อ่านกันในบทความนี้

ขนาดภาพ (Image Size) คืออะไร ?

สำหรับภาพที่แบบแผนที่บิต หรือ บิตแมป (Bitmap) ซึ่งภาพจะเกิดจากการเรียงตัวกันของ "จุดพิกเซล (Pixels)" ในแนวตั้ง และแนวนอน โดยขนาดของรูปภาพจะนิยมใช้หน่วยเป็น "นิ้ว" (Inch) หรือไม่ก็ "ไพก้า" (Pica) ซึ่งจำนวนพิกเซลที่มีภาพในภาพจะมีค่าตายตัว การย่อภาพ หรือ การขยายภาพ ด้วยวิธีธรรมดา ไม่ได้ทำให้จำนวนพิกเซลของภาพเปลี่ยนแปลงไป นั่นหมายความว่า "การย่อก็ไม่ได้ลด" ในขณะที่ "การขยายก็ไม่ได้เพิ่ม" เช่นกัน

เมื่อเราต้องการปรับขนาดของรูปภาพ มีอยู่หลายวิธีที่สามารถทำได้ อย่างเช่น การครอปภาพ (Image Cropping) นั้น เป็นการตัดบางส่วนของภาพที่ไม่ต้องการออก ภาพส่วนที่เหลือจะมีคุณภาพเหมือนเดิมทุกประการ แต่สำหรับวิธีการอื่น ๆ ที่เราใช้ในการย่อ หรือขยายภาพ อาจทำให้คุณภาพของรูปภาพแตกต่างไปจากเดิมนะ

Image Resizing คืออะไร ?

การปรับขนาดภาพ (Image Resizing) หมายถึง กระบวนการที่ทำให้ภาพมีขนาดเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม อาจจะใช้เทคนิค Continuous Image หรือ Discrete Image ก็ได้

Continuous Image กับ Discrete Image คืออะไร ?

Continuous Image จะเป็นลักษณะการปรับขนาดภาพของภาพประเภทเวกเตอร์ ส่วน Discrete Image จะใช้กับภาพกราฟิกแบบ Bitmap ที่มีจำนวนพิกเซลตายตัว  ซึ่งการทำ Continuous Image คุณสามารถย่อ-ขยายภาพได้อย่างเต็มที่ โดยไม่ต้องกังวลว่าคุณภาพของภาพจะเปลี่ยนแปลงไป แต่สำหรับ Discrete Image แล้วคุณไม่สามารถทำแบบนั้นได้

การขยายภาพแบบ Bitmap ที่มีชุดจำนวนพิกเซลตายตัว การขยายภาพจะเป็นการขยายขนาดของจุดพิกเซลให้มีความใหญ่ขึ้น เมื่อการมองภาพผ่านแว่นขยายที่ทำให้เราเห็นภาพใหญ่ขึ้น แต่ก็แลกมาด้วยคุณภาพของภาพที่ลดลง

ลองดูภาพเป็ดน้อยสีเหลืองด้านล่าง ภาพดั้งเดิมมีขนาด 1,200 x 1,171 พิกเซล ส่วนด้านขวา เราขยายภาพให้ใหญ่ขึ้นกว่าเดิม 600% แล้วครอปภาพมา เฉพาะส่วนดวงตา เราก็จะเห็นรอยหยักได้อย่างชัดเจน ซึ่งเกิดจากการที่จุดพิกเซลถูกขยายขนาดให้ใหญ่ขึ้น

ภาพจาก : https://www.freepik.com/free-vector/flat-cute-yellow-rubber-duck_5513870.htm

Image Resampling คืออะไร ?

Image Resampling เป็นเทคนิคหนึ่งในการเบลอรอยหยักระหว่างพิกเซล ด้วยการใช้หลักคำนวณทางอัลกอริทึมหลายวิธีมาผสมผสานกัน

ในการปรับขนาดภาพเวคเตอร์ คุณไม่จำเป็นต้องทำการ Resample ข้อมูลภาพใหม่แม้แต่นิดเดียว เพราะเวคเตอร์จะใช้การคำนวณคณิตศาสตร์ในการเพิ่มหรือลดพิกเซลของภาพให้อัตโนมัติ

ภาพจาก : https://github.com/ueberdosis/tiptap/issues/333

แต่สำหรับภาพแบบ Bitmap แล้ว หากต้องการย่อขยายภาพโดยให้คุณภาพลดทอนลงน้อยมากที่สุด  จำเป็นจะต้องนำอัลกอริทึมเข้ามาช่วย โดยในจุดเชื่อมต่อของแต่ละพิกเซลจะต้องมีการคำนวณข้อมูลเพื่อตัดสินใจว่าจะต้องทำอย่างไร ? หากเป็นการลดขนาดภาพ ก็จะคำนวณว่าพิกเซลไหนที่ควรอยู่ และพิกเซลไหนที่ต้องลบทิ้ง

หลักการพื้นฐาน คือ การจับกลุ่มพิกเซลออกเป็น 9 x 9 แล้วใช้อัลกอริทึมในการสร้างพิกเซลใหม่เพิ่มขึ้นมา (Upsampling) หรือลบพิกเซลที่ไม่จำเป็นออก (Downsampling) ซึ่งจะทำแบบนี้กับทุกพิกเซลที่มีอยู่ในภาพ

ภาพจาก : https://www.makeuseof.com/image-resizing-vs-resampling-differences/

เทคนิคในการทำ Image Resampling นั้นมีอยู่หลายเทคนิค แต่สามารถแบ่งออกเป็นหมวดหมู่กว้าง ๆ ได้ 4 รูปแบบ ดังนี้

เทคนิคในการทำ Image Resampling นั้นมีอยู่หลายเทคนิค เช่น Nearest Neighbor, Bilinear, Bicubic, Lanczos ฯลฯ โดยแต่ละแบบก็มีข้อดี-ข้อเสียที่แตกต่างกันออกไป

ภาพจาก : https://newbedev.com/which-resize-algorithm-to-choose-for-videos

Image Resampling มีประโยชน์อย่างไร ?

การทำ Image Resampling ไม่ได้มีประโยชน์แค่เพียงในเรื่องการย่อขยายภาพเท่านั้น แต่มันยังถูกนำไปใช้ในกระบวนการด้านอื่น ๆ ด้วยเช่นกัน เช่น

Barrel Distortion (การแก้ไขปัญหาภาพบวม)

ในส่วนนี้เป็น การแก้ไขปัญหาภาพบวม ที่เกิดจากบิดเบือนของแสงภายในชุดเลนส์ของกล้องชนิดต่าง ๆ เช่น กล้องโทรทรรศน์ หรือกล้องจุลทรรศน์

Barrel Distortion
ภาพจาก : https://help.shopmoment.com/article/181-superfish-distortion-correction

DeBayering

มันมีขั้นตอนที่เรียกว่า DeBayering เป็นหนึ่งในขั้นตอนที่ เซนเซอร์รับภาพภายในกล้องดิจิทัล ใช้ในการทำงาน ซึ่งการทำ DeBayering เป็นส่วนหนึ่งของเทคนิค Image Resampling 

ภาพจาก : https://www.centralds.net/cam/?p=8561

Photomosaic

Photomosaics เป็นเทคนิคการถ่ายภาพที่ใช้ในการบันทึกภาพพาโนรามา (Panorama) และการถ่ายภาพดาราศาสตร์ขนาดใหญ่ (Large-scale Astrophotography) เกิดจากการนำภาพจำนวนมากมาเรียงต่อกันให้กลายเป็นภาพขนาดใหญ่ ซึ่งแต่ละภาพจะมีรายละเอียดที่แตกต่างกัน เพื่อที่จะให้การรวมภาพออกมาแนบเนียนสวยงาม จำเป็นต้องใช้เทคนิค Image Resampling เข้ามาช่วย

Photomosaics
ภาพจาก : https://astrobackyard.com/summer-mosaic-project/

Other Usages (การนำไปใช้ในกระบวนการอื่นๆ)

• ใช้ในการทำ Computer-Generated Imagery (CGI) ขั้นตอนการทำพื้นผิวโมเดล การไล่เฉดสี และแสง
• ในการทำแผนที่ รวมไปถึง ระบบนำทางอัตโนมัติ และการวิเคราะห์ข้อมูลภาพที่มองเห็น ก็มีการนำเทคนิค Image Resampling หรือในหุ่นยนต์ที่มีระบบนำทางก็มีการนำเทคโนโลยี Image Resampling มาใช้เช่นกัน

ภาพจาก : https://vcc.tech/research/2013/EAR