پردازش تصویر

در این مقاله به پردازش تصویر و مطالب مرتبط با آن خواهیم پرداخت. ابتدا کمی در مورد انواع پردازش تصویر به بحث خواهیم نشست. سپس در مورد نوع رایج پردازش‌تصویر، پردازش تصویر دیجیتال اطلاعاتی کسب خواهیم کرد. در بخش‌های بعدی در مورد تاریخچهٔ پردازش تصویر دیجیتال، انواع پردازش‌تصویر دیجیتالی و کاربردهای این نوع پردازش مواردی را مطرح خواهیم کرد. با ما همراه باشید.

 

پردازش تصویر و انواع آن

در حالت کلی پردازش تصویری در بافت فناوری امروزه، بیشتر به پردازش‌تصویر دیجیتالی اطلاق می‌شود. اما در حالت کلی دو نوع پردازش‌تصویر وجود دارد: 1 پردازش تصویر آنالوگ 2 پردازش تصویر دیجیتال. در پردازش‌تصویر آنالوگ، تصویر گرفته‌شده توسط دوربین‌های معمولی عکاسی مورد پردازش قرار می‌گیرد اما در پردازش‌تصویر دیجیتالی با استفاده از اسکنرهای نوری، حسگرهای دیجیتالی و موارد دیگر، تصویر مورد پردازش قرار می‌گیرد.

 

پردازش تصویر دیجیتال چیست؟

 

پردازش تصویر دیجیتال چیست

پردازش تصویر دیجیتال شامل دست‌کاری تصاویر با استفاده از رایانه‌های دیجیتال است. در دهه‌های گذشته استفاده از آن به‌طور تصاعدی افزایش‌یافته است. کاربردهای پردازش تصویر دیجیتال از پزشکی گرفته تا سرگرمی و سنجش‌ازدور است. رشتۀ پردازش‌تصویر دیجیتال یک رشتۀ گسترده است که شامل تکنیک‌های پردازش سیگنال دیجیتال و همچنین تکنیک‌های خاص تصاویر است.

یک تصویر را می‌توان به‌عنوان یک تابع در نظر گرفت f (ایکس، y) از دو متغیر پیوسته ایکس و y. برای پردازش دیجیتالی که باید از آن نمونه‌برداری کرد و به ماتریسی از اعداد تبدیل شود. ازآنجاکه رایانه، اعداد را با استفاده از دقت محدود نشان می‌دهد، برای نمایش دیجیتالی، این اعداد باید کمی شوند. پردازش‌تصویر دیجیتال شامل دست‌کاری اعداد دقیق محدود است. پردازش تصاویر دیجیتالی را می‌توان به چندطبقه تقسیم کرد: بهبود تصویر، ترمیم تصویر، تجزیه‌وتحلیل تصویر و فشرده سازی تصویر.

 

تاریخچۀ پردازش تصویر

 

پردازش تصویر و تاریخجه آن

یکی از اولین کاربردهای تصویر دیجیتال در صنعت روزنامه بود، زمانی که تصویر برای اولین‌بار توسط کابل زیردریایی بین لندن و نیویورک ارسال شد. با معرفی سیستم انتقال تصویر کابل خط بارت در اوایل دهه 1920، زمان موردنیاز برای انتقال تصویر در سرتاسر آتلانتیک را از یک هفته و یا بیشتر به سه ساعت در روز کاهش داد. تجهیزات چاپ تخصصی برای انتقال کابل، تصاویر را رمزگذاری کرده و سپس در پایان آنها را بازسازی می‌کرد. برخی از مشکلات اولیه در بهبود کیفیت بصری این تصاویر دیجیتالی اولیه مربوط به انتخاب تولیدکنندگان چاپ و توزیع سطح شدت بود. در واقع، تصاویر دیجیتال به ذخیره‌سازی و قدرت محاسباتی زیادی نیاز دارند، به‌گونه‌ای که پیشرفت در زمینۀ پردازش‌تصویر دیجیتال به توسعه رایانه‌های دیجیتال و فناوری‌های پشتیبانی‌کننده ازجمله ذخیره‌سازی، نمایش و انتقال داده بستگی دارد.

 

عناصر تصویر دیجیتالی

تصویر دیجیتالی از تعداد محدودی از عناصر تشکیل شده است که هر یک از آنها دارای موقعیت و مقادیری هستند. این عناصر عبارت‌اند از عنصر عکس، عنصر تصویر و پیکسل. پیکسل‌ها برای نشان‌دادن عنصر یک تصویر دیجیتال استفاده می‌شوند. فرایند به‌دست‌آوردن تصویری از منطقۀ موردنظر، پیش‌پردازش آن تصویر، تشخیص افراد در تصویر، توصیف تصویری افراد به شکلی مناسب برای پردازش رایانه‌ای و شناسایی آنها، پردازش‌تصویر دیجیتال است. تکنیک‌های پردازش‌تصویر دیجیتال در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 1970 آغاز شد تا در تصویربرداری پزشکی، مشاهدات از راه دور مناطق جغرافیایی و نجوم استفاده شود.

 

انواع تصاویر دیجیتال

 

 

پردازش تصویر و انواع آن

انواع تصاویری که در نظر خواهیم گرفت عبارت‌اند از: 1- باینری، 2- در مقیاس خاکستری، 3- رنگی،  4- چند طیفی.

تصاویر دودویی باینری:

ساده‌ترین نوع تصاویر هستند و می‌توانند دو مقدار بگیرند، به طور معمول سیاه‌وسفید یا 0 و 1 از یک تصویر باینری به‌عنوان یک تصویر بیتی یاد می‌شود زیرا برای نمایش هر پیکسل فقط 1 رقم باینری لازم است. این نوع تصاویر اغلب در برنامه‌هایی مورداستفاده قرار می‌گیرند که تنها اطلاعات موردنیاز، شکل کلی یا رئوس مطالب باشد.

تصاویر در مقیاس خاکستری:

تصاویر در مقیاس خاکستری به تصاویر تک‌رنگ (یکرنگ) گفته می‌شود. آن‌ها حاوی اطلاعات سطح خاکستری هستند، و هیچ اطلاعات رنگی ندارند. تعداد بیت‌های استفاده‌شده برای هر پیکسل تعداد سطوح مختلف خاکستری موجود را تعیین می‌کند. تصویر معمولی در مقیاس خاکستری حاوی داده‌های 8bit / pixel است که به ما امکان می‌دهد 256 سطح خاکستری مختلف داشته باشیم.

 

تصاویر رنگی:

تصاویر رنگی را می‌توان به‌عنوان داده‌های تصویر تک‌رنگ سه باند مدل‌سازی کرد. داده‌هایی که هر باند داده با رنگ متفاوتی مطابقت دارد. اطلاعات واقعی ذخیره‌شده در داده‌های تصویر دیجیتال، اطلاعات سطح خاکستری در هر باند طیفی است. تصاویر رنگی معمولی به‌صورت قرمز، سبز و آبی نشان داده می‌شوند (تصاویر RGB). با استفاده از استاندارد تک‌رنگ 8 بیتی به‌عنوان مدل، تصویر رنگی مربوط به آن 24 بیت / پیکسلی خواهد بود (8 بیت برای هر یک از سه باند رنگی قرمز، سبز و آبی).

تصاویر چند طیفی:

تصاویر چند طیفی معمولاً حاوی اطلاعاتی خارج از محدوده ادراکی طبیعی انسان هستند. این ممکن است شامل داده‌های مادون‌قرمز، فرابنفش، اشعه ایکس، صوتی یا راداری باشد. این تصاویر به معنای معمول نیستند زیرا اطلاعات نشان‌داده‌شده توسط سیستم انسانی مستقیماً قابل‌مشاهده نیست. بااین‌حال، اطلاعات اغلب به‌صورت تصویری با نگاشت باند طیفی مختلف به اجزای RGB نشان داده می‌شوند.

 

قالب‌های فایل تصویر دیجیتال

انواع داده‌های تصویری به دودسته اصلی تقسیم می‌شوند: بیت مپ و بُردار. تصاویر Bitmap (که تصاویر رستری نیز نامیده می‌شوند) را می‌توان به‌صورت توابع 2 بعدی f (x،y) نشان داد. تصاویر بُرداری به روش‌های نشان‌دادن خطوط، منحنی‌ها و اشکال با ذخیره‌سازی فقط نقاط اصلی اشاره دارد. این نکات کلیدی برای تعریف اشکال کافی است. به فرایند تبدیل اینها به تصویر، ارائه می‌گویند. پس از ارائۀ تصویر، می‌توان تصور کرد که این فرمت در قالب bitmap باشد، جایی که هر پیکسل دارای مقادیر خاصی با آن است. بیشتر انواع قالب در دسته تصاویر bitmap قرار می‌گیرند، به‌عنوان‌مثال:

  • قالب PPM (طرح پیکسلی قابل‌حمل)
  • قالب فایل تگ شده
  • گیف
  • قالب JPEG
  • BMP
  • گرافیک قابل‌حمل در شبکه‌ها (PNG)
  • XWD

مراحل اساسی در پردازش تصویر دیجیتال

 

 

پردازش تصویر و مراحل آن

تهیه تصویر

این اولین مرحله یا روند مراحل اساسی پردازش تصویر دیجیتال است. تهیۀ تصویر می‌تواند به‌سادگی دریافت تصویری که از قبل به شکل دیجیتال است، باشد. به‌طورکلی، مرحله کسب تصویر شامل پیش‌پردازش، مانند مقیاس‌گذاری و غیره است.

بهبود تصویر

بهبود تصویر از ساده‌ترین و جذاب‌ترین زمینه‌های پردازش‌تصویر دیجیتال است. اساساً تکنیک‌های بهبود بدین منظور استفاده می‌شوند که جزئیات پنهان‌شده را ارائه دهند و یا برخی از ویژگی‌های جذاب در تصویر را برجسته کنند. مانند تغییر روشنایی و کنتراست.

ترمیم تصویر

ترمیم تصویر ناحیه‌ای است که با بهبود ظاهر تصویر نیز سروکار دارد. بااین‌حال، برخلاف بهبود که ذهنی است، ترمیم تصویر عینی است، به این معنا که فن‌های ترمیم تمایل دارند بر اساس مدل‌های ریاضی یا احتمالی تخریب تصویر باشد.

پردازش تصویر رنگی

پردازش تصاویر رنگی، منطقه‌ای است که به دلیل افزایش چشمگیر استفاده از تصاویر دیجیتالی در اینترنت، اهمیت خود را پیدا کرده است. این ممکن است شامل مدل‌سازی و پردازش رنگ در یک حوزه دیجیتال و غیره باشد.

موجک و پردازش چند وضوحی

موجک‌ها، پایه‌ای برای نمایش تصاویر در درجات مختلف با وضوح هستند. تقسیم تصاویر به‌طور متوالی به مناطق کوچک‌تر برای فشرده‌سازی داده‌ها و نمایش هرمی.

فشرده‌سازی

فشرده‌سازی با تکنیک‌های کاهش فضای ذخیره‌سازی موردنیاز برای ذخیره یک تصویر یا پهنای باند برای انتقال آن کار می‌کند. به‌خصوص در هنگام استفاده از اینترنت، فشرده‌سازی داده‌ها بسیار ضروری است.

پردازش ریخت‌شناسی

پردازش ریخت‌شناسی با ابزاری برای استخراج اجزای تصویر که در نمایش و توصیف شکل مفید هستند سروکار دارد.

تقسیم‌بندی

روش‌های تقسیم‌بندی، یک تصویر را به قسمت‌های تشکیل‌دهنده یا اشیا آن تقسیم می‌کند. به‌طورکلی، تقسیم‌بندی خودکار، یکی از دشوارترین کارها در پردازش تصویر دیجیتال است. یک روش تقسیم‌بندی ناهموار روند طولانی را به سمت حل موفقیت‌آمیز مشکلات تصویربرداری سوق می‌دهد.

نمایش و توصیف

نمایش و توصیف تقریباً همیشه از یک مرحله تقسیم‌بندی پیروی می‌کند که معمولاً داده پیکسل خام است که یا مرز یک منطقه یا تمام نقاط موجود در منطقه را تشکیل می‌دهد. انتخاب نمایش، تنها بخشی از راه‌حل تبدیل داده‌های خام به فرم مناسب برای پردازش رایانه‌ای بَعدی است. توضیحات مربوط به استخراج ویژگی‌هایی است که منجر به برخی اطلاعات کمی موردعلاقه می‌شوند یا برای تمایز یک کلاس از اشیا from از طبقه دیگر، اساسی هستند.

تشخیص شیء

تشخیص، فرایندی است که یک برچسب را، مانند برچسب روی وسایل نقلیه، به یک شی اختصاص می‌دهد.

پایگاه دانش

دانش ممکن است به‌اندازهٔ جزئیات مناطق یک تصویر که در آن اطلاعات موردعلاقه واقع شده است، ساده باشد و همین امر نتایج جستجو را محدود می‌کند. پایگاه دانش همچنین می‌تواند کاملاً پیچیده باشد.

 

کاربردهای پردازش تصویر دیجیتال

 

پردازش تصویر و کاربردهای آن

در زیر برخی از زمینه‌های اصلی که در آنها پردازش تصویر دیجیتال به‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شود ذکر شده است.

  • وضوح و ترمیم تصویر
  • رشته پزشکی
  • دریافت از دور
  • انتقال و رمزگذاری
  • دید ماشین / ربات
  • پردازش رنگ
  • تشخیص الگو
  • پردازش ویدئو
  • تصویربرداری میکروسکوپی

همان گونه که مطالعه فرمودید، پردازش تصویر در دنیای امروزه، بیشتر به پردازش تصویر دیجیتالی اطلاق می‌شود. در این حوزه، پرداختن به جزئیات تکنولوژی و یادگیری این نوع از تکنولوژی از اهم موضوعات است زیرا اصولاً سروکار پردازش‌تصویر دیجیتالی با تکنولوژی می‌باشد. کاربردهای پردازش تصویر دیجیتالی تنها به گرفتن تصاویر معمولی و پردازش آنها محدود نمی‌شود، بلکه در حوزه‌های پزشکی، کنترل شهری و … نیز مورداستفاده هستند. امیدواریم که این مطلب برای شما مفید بوده باشد.

 

جهت اطلاعات بیشتر راجع به شرکت نوین ایلیا و محصولات و پروژه‌ها، در ویدیوهای آپارات و پوتیوب ببینید. در صروت داشتن سوالات و پیشنهادات و نظرات خود را در دیدگاه پایین صفحه اعلام کنید. در اولین وقت جواب‌گوی شما هستیم.

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *