[Ñuño Martínez]

Una forma podría ser utilizar matrices. De hecho, es lo que usan los programas como potochop, The Gimp y similares. Intentaré explicarlo, a ver qué tal me sale.

Primero amplias la imagen por el método uno.

Empezado por Delphius

1. Por repetitción: que consiste en repetir cada pixel K veces en k-1 columnas y filas siguientes. Es sencillo, pero para niveles de K grandes, se produce un efecto cuadriculado.

Después creas la matriz de pesos. Esta matriz tendrá un tamaño doble al índice de ampliación más uno ((k * 2) + 1) Por ejemplo, si amplías por 3 y quieres todos los puntos pesen igual, deberás crear una matriz de 7x7 con todos los elementos iguales a 1:

Código Delphi [-]
VAR
  MatrizPesos: ARRAY [1..(k*2)+1, 1..(k*2)+1] OF INTEGER;
  x, y: INTEGER;

...

  FOR y := 1 TO ImagenAmpliada.alto DO
    FOR x := 1 TO ImagenAmpliada.ancho DO
      MatrizPesos[mx, my] := 1;

Después recorres la imagen ampliada (cuyo tamaño es, por ejemplo <w, h>) y, sumas los pesos de los puntos que rodean el pixel según indica la matriz. El pixel resultante es dicha suma dividido por el total de los pesos:

Código Delphi [-]
VAR
  x, y: INTEGER;
  mx, my: INTEGER;
  PesoTotal: INTEGER;
  ValorPixel: INTEGER;

...

  FOR y := 1 TO ImagenAmpliada.alto DO
    FOR x := 1 TO ImagenAmpliada.ancho DO
    BEGIN
      PesoTotal := 0; { <-- Antes olvidé poner esto }
      ValorPixel := 0;
      FOR my := 1 TO (k*2)+1 DO 
        FOR mx := 1 TO (k*2)+1 DO
        BEGIN
        { Sólo procesar si el pixel está dentro de la imagen }
          IF (0 < x + (mx - k) AND (x + (mx - k) < ImagenAmpliada.ancho) AND
             (0 < x + (my - k)) AND (x + (my - k) < ImagenAmpliada.alto) THEN
          BEGIN
            PesoTotal := PesoTotal + MatrizPesos[mx, my]
            ValorPixel := ValorPixel + 
                          (ImagenAmpliada.GetPixel (x + (mx - k), y + (my - k)) *
                           MatrizPesos[mx, my]);
          END;
        END;
        ImagenFinal.PutPixel (x, y, ValorPixel DIV PesoTotal);
    END;

No he comprobado el código y lo he hecho de memoria, así que revísalo, en especial la parte de cálculo de coordenadas. De todas formas creo que se entiende lo que quiero hacer, ¿no? En resumidas cuentas se busca la media ponderada del color de los píxeles que rodean a uno dado.

En cuanto a la velocidad, eso se lo dejo a otro, que mi neurona no da ya para más.