پردازش تصویر چیست؟ تا چه حد آن را می شناسید؟

تاریخ بروزرسانی : پنجشنبه 25 اردیبهشت 1399

تعداد بازدید : 580

زمان خواندن مقاله : 15 دقیقه

نام پردازش تصویر را شنیده اید؟ می داینید برای یک پردازش تصویر چه مراحی لازم است؟ چه عملیاتی در پردازش مهم هستند؟ با اوناع روش های پردازش و کاربرد های آن با خبرید؟ پس برای دانستن تمامی این موارد این مقاله را حتما بخوانید.

پردازش تصویر چیست؟ تا چه حد آن را می شناسید؟

آشنایی با مفهوم پردازش تصویر و مراحل کار با آن

حتما شما نام پردازش تصویر را در زمینه های مختلف شنیده اید. از گستردگی و کاربرد های آن تا حدودی مطلع اید. برای آشنایی بیشتر با این واژه، کمربند های ایمنی خود را بسته و با گردش علمی امروز ما همراه شوید.

تاریخچه پردازش تصویر به چه زمانی برمیگردد؟

اجازه دهید در شروع سفر شما را با تاریخچه آن آشنا کنم.

دهه 1960 در آزمایشگاه جت پروپالژن، موسسه فناوری ماساچوست، آزمایشگاه های بل، دانشگاه مریلند و چند موسسه تحقیقاتی دیگر کارهایی چون تصویر برداری ماهواره ای، تبدیل استاندارد رادیو عکس، تصویر برداری پزشکی، ویدیوفون، شناسایی حروف و تقویت عکس با استفاده از تکنیک های پردازش تصویر دیجیتال یا پردازش تصویر که اغلب اینگونه نامیده میشد، توسعه داده شدند؛ اما هزینه این پردازش با تجهیزات کامپیوتری نسبت به آن زمان بالا بود. تا این که در دهه 1970 با دسترسی به رایانه های ارزانتر و تغییر و تحول در سخت افزارهای مخصوص، پردازش تصویر دیجیتال گسترش پیدا کرد.

در آن زمان پردازش همزمان تصاویر برای مساله های خاصی چون تبدیل استانداردهای تلویزیون ممکن بود. با سریع تر شدن رایانه های چند منظوره، جای سخت افزارهای مخصوص را برای تمامی کارها به جز تخصصی ترین عملیات گرفتند و در سال 1994 در تالار مشاهیر فناوری فضایی، از فناوری پردازش تصویر برای کاربردهای پزشکی رونمایی شد. با فراهم شدن رایانه ها و پردازنده های سیگنالی در سال 2000 پردازش تصویر دیجیتال به متداول ترین شکل پردازش تصویر تبدیل شد.

پردازش تصویر چیست؟

در ابتدای سفر شما را با تاریخچه، آشنا کردیم. اکنون میخواهم با یک تعریف کلی و مفید به شما بگویم که این تکنولوژی چیست؟ در واقع پردازش تصویر که امروزه به آن پردازش تصویر دیجیتال گفته می شود عبارت است از: استفاده از الگوریتم های کامپیوتری جهت انجام پردازش تصویر روی تصاویر دیجیتالی.

در واقع پردازش تصویر روشی است که در آن میتوان یک تصویر به عنوان ورودی دریافت کرده و با استفاده از یک سری عملیات بر روی آن تصویری به عنوان خروجی دریافت شود. این خروجی می تواند شامل: نمایش و چاپ تصویر، ویرایش تصویر، بهبود تصویر، کشف و تشخیص یک ویژگی خاص در تصویر و فشرده سازی تصویر باشد.

 

رشته های مشابه پردازش تصویر چه نام دارد؟

پردازش تصویر یا Image Processing با موارد مشابه آن مانند Image Analysis و Computer Vision یکسان در نظر گرفته می شود در حالی که این سه مورد تفاوت های زیادی دارند. اگر چه هر سه این موارد به منظور مطالعه تصاویر دیجیتالی استفاده می شوند اما در سطوح مختلفی قرار دارند. اجازه دهید بیشتر برایتان توضیح دهم.

در واقع Image Analysis برای استخراج اطلاعات معنی دار از تصویر است. اطلاعاتی مانندتقسیم بندی، تطبیق و مقایسه تصاویر تشخیص پزشکی است و Computer Vision برای تقلید از سیستم بینایی انسان است که هدف آن، تفسیر سه بعدی جهان به کمک تصاویر دو بعدی یا فیلم است. تفاسیری مثل: تشخیص شی، ردیابی حرکت و سه بعدی سازی.

می توان گفت Image Analysis و Computer Vision سطوح بالاتری از Image Processing هستند. گر چه در عموم به همه آنها Image Processing  گفته می شود.

برای پردازش تصویر چه مراحلی وجود دارد؟

اولین مرحله، گرفتن تصویر با اسکنرهای نوری یا دوربین ها و حسگرهای دیجیتالی برای به دست آوردن اطلاعات ورودی است. بعد از انجام این مرحله پیش پردازش به حذف نویز و جداسازی و ارتقا تمایز نواحی که احتمال وجود اطلاعات حرفی و عددی است میپردازد. در قدم بعدی به تجزیه و تحلیل تصویر که شامل فشرده سازی اطلاعات، بهبود تصویر و تشخیص الگوها که یکی از مشکل ترین بخش در پردازش تصویر دیجیتال است، پرداخته می شود. در واقع هدف ما در این مرحله خروج داده های پیکسلی خام به صورت مرز یا به صورت یک ناحیه است تا داده ها به شکل مناسب برای پردازش رایانه ای تبدیل شود.

حالا باید بدانید که داده ها را به صورت مرزی نمایش دهیم یا به صورت یک ناحیه کامل؟

در واقع نمایش مرزی زمانی استفاده میشود که مشخصات خروجی مثل گوشه یا خمیدگی ها مد نظر ما باشد و از نمایش ناحیه ای برای مشخصات درونی بخش ها مثل بافت یا استخوان بندی شکل، استفاده میشود که ممکن است در یک پردازش تصویر به هر دو روش نیاز باشد.

حال به آخرین مرحله یعنی خروجی پردازش رسیدیم. میتواند تصویر یا گزارشی از نتیجه تجزیه و تحلیل تصویر باشد که شامل اطلاعاتی از توصیف گرهای یک بر چسب به شی و انتساب معنا به یک مجموعه از اشیا است.

چه عملیاتی در پردازش تصویر مهم است؟

  • تبدیلات هندسی : مثل تغییر اندازه، چرخش و…
  • رنگ: مثل تغییر روشنایی، وضوح ویا تغییر فضای رنگ، ترکیب تصاویر مثل ترکیب دو یا چند تصویر.
  • فشرده سازی تصویر: مثل کاهش حجم تصویر ناحیه بندی یعنی تجزیه تصویر به نواحی با معنی.
  • بهبود کیفیت: کاهش نویز و افزایش کنتراست، سنجش کیفیت تصویر، ذخیره سازی اطلاعات در تصویر، انطباق تصویر.
 

انواع روش های پردازش تصویر چیست؟

اگر تا اینجای سفر لذت برده اید، در ادامه این مسیر همراه ما باشید چرا که میخواهیم شما را با انواع روش های پردازش تصویر و همچنین کاربردهای آن در حیطه های مختلف، آشنا کنیم.

دو روش برای پردازش تصویر وجود دارد:

  1. آنالوگ
  2. دیجیتال

از تکنیک آنالوگ برای پردازش تصویر در چاپ عکس استفاده می شود و از تکنیک دیجیتال برای کاربردهای متعددی از تجزیه و تحلیل تصاویر ماهواره ای گرفته تا کنترل قطعات میکروسکوپی مورد استفاده قرار میگیرد.

کاربردهای پردازش تصویر چیست؟

  • کیهان شناسی برای بهبود کیفیت تصاویر

  • زیست شناسی برای بهبود کیفیت تصاویر و افزایش کنتراست

  • پزشکی برای تشخیص بیماری های مختلف از طریق تشخیص ویژگی های گوناگون مانند: تشخیص تومور مغزی و شکستگی استخوان

  • موارد امنیتی برای تشخیص چهره یا اثر انگشت

  • تصاویر ماهواره ای برای تشخیص تغییرات، Image matching، بهبود تصاویر و افزایش کنتراست

  • کاهش نویز برای بهبود کیفیت تصاویر و افزایش کنتراست کمک می نماید که برای این منظور تصویر نویزی را وارد الگوریتم پردازش تصویر کرده و نویز را کاهش دهیم.

  • افزایش کنتراست یکی دیگر از کاربردهای پردازش تصویر است که در مراحل قبلی به آن اشاره کردیم.

  • کنتراست به معنای تضاد و منظور از آن در پردازش تصویر، واضح نمودن تمایز میان اشیای مختلف در تصویر که پیش نیاز اموری مانند تشخیص عوارض، اشیا و ویژگی ها می باشد.

  • تشخیص لبه یکی دیگر از مواردیست که برای تشخیص عوارض، اشیا و ویژگی ها ضروریست و یکی از پردازش های پایه در پردازش تصویر می باشد.

  • فشرده سازی تصویر، به معنای کاهش سایز و حجم آن بدون تغییر کیفیت می باشد. سایز تصاویر یکی از موارد مهم در ثبت، ذخیره سازی و پردازش آن ها می باشد. به عنوان مثال تصاویر هوایی و ماهواره حجم بالایی داشته و این امر ذخیره سازی و پردازش آن را با مشکل مواجه می کند. به کمک پردازش تصویر می توان حجم آن ها را متناسب با کاربردشان بدون تغییر کیفیت کاهش داد.

چه روش هایی برای فشره سازی در پردازش تصویر وجود دارد؟

  •  روش JPEG

این روش در فشرده سازی عکس های گرافیکی استفاده می شود. JPEG اولین و ساده ترین روش فشرده سازی تصویر است که سعی می کند تصاویر متحرک به صورت فریم به فریم فشرده شوند و برای ارتباط دادن این عکس ها به هم از Motion JPEG استفاده می شد که مشکلاتی داشت.
  • روش MPEG

در این روش اطلاعات تصویر حدود ۵.۱ مگابیت برثانیه انتقال داده می شود که برای تصاویر ویدیوئی مورد استفاده قرار میگرد. این روش امکان ذخیره حدود ۶۵۰ مگابایت اطلاعات معادل حدود ۷۰ دقیقه تصویر متحرک در یک دیسک را می دهد. در MPEG اطلاعات به صورت سریال و به همراه آن بیت های کنترل و هماهنگ کننده ارسال می شوند که موقعیت و نحوه قرارگیری بیت های اطلاعتی را برای ثبت اطلاعات صدا و تصویر تعیین می کند.
  • روش MPEG 2

در این روش از ضریب فشرده سازی بالاتر استفاده می شود و دسترسی به اطلاعات ۳ تا ۱۵ مگابیت بر ثانیه است که در DVDهای امروزی استفاده می شود. هر فریم از تصویر شامل چندین سطر از اطلاعات دیجیتالی است.
  • روش MPEG 4

قبل از تعریف این روش برایتان مثالی میزنیم که درک مفهوم برای شما آسان شود.

صحنه ی بازی تنیس را در نظر بگیرید که می توان آن را به دو موضوع بازیکن و زمین بازی تقسیم کرد. زمین بازی همواره ثابت است و به عنوان یک موضوع ثابت همواره تکرار می شود. ولی بازیکن همواره در حال حرکت است و چندین موضوع مختلف خواهد بود. این مسئله باعث کاهش پهنای باند اشغالی توسط تصاویر دیجیتالی می شود. توجه کنید که این ها تنها سیگنالهای ارسالی نیستند بلکه به همراه آن ها سیگنال های هماهنگ کننده که نحوه ترکیب و قرارگیری صحیح موضوعات را مشخص می کند، نیز ارسال می شود.

پس این روش برای تجهیزاتی که با انتقال سریع یا کند اطلاعات سروکار دارند، استفاده می شود که توانایی جبران خطا و ارائه تصویر با کیفیت بالا را دارد. در شبکه های کامپیوتری باید تصویر برای تمام کاربران که با سرعت های متفاوت مودم کار می کنند، به خوبی نمایش داده شود که روش MPEG 4 مناسب است.

ایده اصلی این روش تقسیم یک فریم ویدیوئی به یک یا چند موضوع است که طبق قاعده خاصی کنار هم قرار میگیرند و هر کدام شامل یک موضوع صوتی یا تصویری است و به صورت مجزا قابل کپی یا انتقال هستند. می توانیم اجزا مشترک را فقط یک بار به کار ببریم و هنگام ساختن موضوع به آن ها رجوع کنیم و حتی با ترکیب موضوعات می توانیم مجموعه جدیدی به وجود بیاوریم. این مسئله باعث انعطاف پذیری و کاربرد فراوان روش MPEG 4 شده است.


آیا حسگرهای مهم در پردازش تصویر را میشناسید؟
 

در پردازش تصویر از سنسورها و حسگرهای مختلفی استفاده می شود که در اینجا فقط به مهم ترین آنها شاره کرده ایم:
  • حسگر نقطه ای: حرکت در جهات افقی و عمودی
  • حسگر برداری: از چند حسگر نقطه ای تشکیل شده که در هر جابه جایی یک خط تصویر برداری می شود.
  • ماتریسی: نیاز به حرکت نیست و در یک لحظه از تمام هدف تصویر برداری می شود.

کلام آخر:

خب دوستانی که تا اینجای مسیر با ما همراه بودید، کمربندهای ایمنی خود را باز کنید چون گردش علمی ما به پایان رسید. امیدوارم از این سفر لذت برده باشید و طولانی بودن مسیر شما را خسته نکرده باشد. اما دوست دارم به عنوان حرف آخر نکته جالبی را برای شما بگم که پردازش تصویر از علوم مختلف موجود در ریاضی نیز بهره میبرد که با استفاده از کاربردش از آن استفاده میکنند.

پس برای استفاده بهتر از ابزار موجود در پردازش تصویر در ریاضی باید با علوم زیر آشنا شوید:

  • حساب دیفرانسیل و انتگرال 
  • جبر خطی
  • آمار و احتمال
  • معادلات دیفرانسیل (ODE, PDE)
  • هندسه دیفرانسیل 
  • آنالیز هارمونی( سریه فوریه، موجک و)
 
پیشنهاد:
ما در پایان سفر خود یک پیشنهاد دیگر هم برای شما داریم. اگر علاقه مند به موضوعات این چنینی هستند و دوست دارید با تکنولوژی های روز آشنا شوید حتما سری هم به مقاله هوش مصنوعی ما بزنید و از قدرت های آن هیجان زده و متعجب شوید.

ممنون که تا پایان سفر ما را همراهی کردید. مشتاقانه منتظر پیام های شما عزیزان به عنوان حرف، نکته و یا در میان گذاشتن تجربه کاری خود در این زمینه هستیم.


اشتراک گذاری

توضیحاتی در مورد نویسنده این مقاله :
مرضیه فتاحی مرضیه فتاحی

کارشناس کامپیوتر گرایش نرم افزار..... نویسندگی،تجربه ای انفرادی است یعنی به اشتراک گذاری.... این بخشی از ذات انسان است که بخواهد مسائل را به اشتراک بگذارد ازجمله:افکار،ایده ها،عقاید

نظرات


زهرا  چگینی
samane سلام مقالتون خیلی خوب و جذاب بود با خوندش لذت بردم مطالبتون رو عالی نوشتین طوریه که خواننده مشتاق میشه تا اخر متن رو بخونه مرسی از سایت خوبتون

برای پاسخ باید وارد شوید


نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد .
برای ارسال نظر نیاز است وارد سایت شوید. در صورت نداشتن حساب کاربری عضو شوید.