Instagram Linkedin Youtube آیکون آپارات
مشاوره رایگان

تاریخچه پردازش تصویر: انواع، مراحل و کاربردها

در حال حاضر، تعداد داده های تولید و ذخیره شده در تمام حوزه‌ها افزایش یافته است. بنابراین، برای مدیریت کارآمد این داده‌های گسترده، روش‌های مختلف فشرده‌سازی باید بر روی داده‌ها اعمال شود، تا بتوانند به شکلی بهتر و کارآمدتر مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه علاوه بر بررسی پردازش تصویر و مزایا و کاربردهای آن بر شیوه‌های فشرده‌سازی، اشاره خواهیم کرد. با ما همراه باشید.

پردازش تصویر 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.

تاریخچه پردازش ماشین

تاریخچه پردازش تصویر

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.

انواع پردازش تصویر

  • 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.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.

مشـــاوره خرید و اجــــــرا

ما تکنولوژی را به خدمت درمی آوریم

ارتباط در واتس اپ

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.

انواع تصاویر دیجیتال

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

 

 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 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 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.

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).

قالب‌های فایل تصویر دیجیتال

اجزای سیستم بینای ماشین در بازرسی

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

عملیات پردازش تصویر چگونه انجام می شود؟

عملیات پردازش تصویر به این صورت است که پس از وارد کردن تصویر، می‌توان تغییرات مختلفی را بر روی آن اعمال کرد که در قالب کد تعریف شده‌اند. افرادی که در حوزه پردازش تصویر فعالیت می‌کنند می‌دانند که فیلترها و همچنین تبدیل‌های مختلفی می‌توان بر روی تصویر در نرم‌افزار متلب ایجاد کرد.

اما به صورت کلی، عملیاتی رایجی که توسط الگوریتم‌های مختلف طراحی شده‌اند شامل الگوریتم‌های تقویت کنتراست و رنگ، الگوریتم‌های برچسب گذاری و شناسایی و یا تقویت مناطق خاص مانند الگوریتم انتشار خطا، الگوریتم جستجو گر difference-map، الگوریتم‌های تشخیص لبه و بسیار موارد دیگر می‌باشند که همه بر روی تصویر اصلی اعمال می‌شوند و تصویر جدید را ایجاد می‌کنند.

روش‌های فشرده‌سازی تصاویر

در حال حاضر، تعداد داده های تولید و ذخیره شده در تمام حوزه‌ها افزایش یافته است. بنابراین، برای مدیریت کارآمد این داده‌های گسترده، روش‌های مختلف فشرده‌سازی باید بر روی داده‌ها اعمال شود، تا بتوانند به شکلی بهتر و کارآمدتر مورد استفاده قرار گیرند و برای بارگذاری و استفاده نیز به فضای سیستمی زیادی نیاز نداشته باشند. در واقع همین بارگذاری سریع، یکی از ویژگی‌های مثبت پردازش تصویر است.

به صورت کلی دو روش برای فشرده سازی وجود دارد که شامل فشرده‌سازی با اتلاف (lossy) و فشرده سازی بدون اتلاف (lossless) است.
فشرده سازی با اتلاف به این معنی است که داده‌هایی که پس از فشرده‌سازی حذف شده‌اند قابل بازیابی نیستند و در واقع با حذف دائمی این اطلاعات است که حجم فایل کاهش یافته است.
اما در فشرده‌سازی بدون اتلاف، تمام اطلاعات پس از فشرده‌سازی باقی می‌مانند و امکان ایجاد فایل اولیه و بازیابی مجدد آن وجود دارد.
به همین دلیل است که فشرده سازی با اتلاف به عنوان روش فشرده‌سازی برگشت ناپذیر و روش lossless به عنوان شیوه فشرده‌‌سازی برگشت پذیر شناخته می‌شود. مزیتی که شیوه با اتلاف نسبت به دیگری دارد این است که حجم را بیشتر کاهش می‌دهد که به صورت طبیعی ممکن است بر کیفیت هم تاثیر بگذارد. اما در شیوه بدون اتلاف، کاهش حجم بدون آسیب به کیفیت اتفاق می‌افتد.
فشرده سازی و شیوه‌های آن بر این قانون استوار است که انسان تعداد محدودی از رنگ‌ها را مشاهده می‌کند و به عنوان مثال رنگ سبز با کد (0و255و0) با رنگی دیگری از طیف سبز و کد (0و258و 0) به یک شکل دیده می‌شود؛ بنابراین این رنگ می‌تواند جای خود را به رنگ سبز دهد.
به صورت کلی، فشرده‌سازی فقط عملیات کاهش حجم نیست و در واقع این کار باعث می‌شود که عملیات انجام شده بر روی یک فایل خاص پیجیدگی‌های کمتری داشته باشد و در کمترین زمان انجام شود.

مراحل اساسی در پردازش تصویر دیجیتال

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

با معرفی تکنولوژی‌های جدید و همچنین افزایش حجم داده‌ها، نیاز به استفاده از روش‌های پردازش تصویر روز به روز در حال افزایش است. اما بیشترین موارد استفاده از این تکنولوژی بیشتر در شاخه‌های زیر است.

 

دستکاری و ترمیم تصویر

دستکاری و ترمیم تصویر شامل عملیاتی مانند تنظیم وضوح، مات کردن، تشخیص لبه که در ثبت جریمه‌ها و تشخیص شماره کاربرد دارد، بازیابی، بررسی تصاویر و تطابق شباهت آنها و بسیاری دیگر می‌باشد که در حوزه‌های مختلف کاربرد دارد.

پزشکی

یکی از مهمترین موارد استفاده از پردازش تصویر در رشته پزشکی است که باعث شده است فرآیند تشخیص بیماری‌ها در زمان کمتری صورت گیرد. در حوزه پزشکی و از روش‌هایی مانند تقسیم بندی و تجزیه بافت (segmentation and texture analysis) برای تشخیص و شناسایی بیماری‌هایی مانند سرطان و سایر اختلالات استفاده می‌شود.

شناسایی تغییرات یک ناحیه و یا آسیب‌های زیرساختی ناشی از زلزله

یکی از بهترین کاربردهای پردازش تصویر در زمینه سنجش از دور، شناسایی آسیب‌های زیرساختی ناشی از زلزله است. از آنجایی که منطقه زلزله زده گاهی آنقدر گسترده است که نمی توان با چشم انسان آسیب را بررسی کرد. و یا اینکه بررسی آسیب با چشم انسان زمان بر خواهد بود، با استفاده از تصاویر هوایی و تجزیه و تحلیل آنها می‌توان میزان آسیب را شناسایی کرد. البته باید اشاره کرد که از این روش برای مشاهده پوشش گیاهی در یک منطقه در سال‌های مختلف، مشاهده پیشرفت جنگل و سایر فعالیت‌های دیگر نیز استفاده می‌شود.

انتقال و رمزگذاری اطلاعات در اینترنت

یکی از ویژگی‌های مثبت پردازش تصویر و با استفاده از فشرده سازی اطلاعات این است که می‌توانیم در عرض چند ثانیه از هر نقطه‌ای از جهان، ویدیوی زنده یا فیلم‌های زنده دوربین‌های مداربسته را ببینیم. همه این پیشرفت‌ها و رمزنگار‌ها به خاطر ارائه الگوریتم‌های جدید و معرفی تکنولوژی‌های جدید است.

Robot Vision یا بینش ربات‌ها

امروزه بسیار مهم است که ربات بتواند اشیا را ببیند، موانع را شناسایی کند و به انسان ها اجازه دهد تا از فناوری و پردازش تصویر حداکثر استفاده را ببرند.
Robot Vision مستلزم استفاده از ترکیبی از سخت‌افزار دوربین و الگوریتم‌های کامپیوتری است که به روبات‌ها اجازه می‌دهد داده‌های بصری جهان را پردازش کنند. در تمام مراحل بدون شک، الگوریتم‌ها و روش‌های پردازش تصاویر استفاده شده است.
• دریافت از دور
• 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.

مزایای پردازش تصویر

وقتی صحبت از پردازش تصویر به میان می آید، می توان کارهای مختلفی انجام داد. اما شاید مهمترین ویژگی مثبت پرداز تصویر، تغییر تصاویر و یا ترمیم آنها است که باعث می‌شود کارها به شیوه‌ای سریعتر و کارآمدتر انجام شوند. مهمترین مزایای پردازش تصویر در زیر آمده است.
1. در دسترس بودن فرمت‌‌های مختلف
می‌توان پس از تجزیه و تحلیل و به دست آوردن نتایج خاص، تصویر را در هر فرمتی نمایش داد.
2. دقت و سرعت بالا
یکی از کاربردهای پردازش تصویر را می‌توان در موتور جستجوی گوگل و جستجو با استفاده از تصویر مشاهده کرد که می‌توان جستجو را با سرعت بالا و دقت زیاد انجام داد.
3. پیشرفت های هوش مصنوعی
با استفاده از معرفی عکس‌های مختلف به یک سیستم می‌توان سیستمی قدرتمند و استدلال پذیر ایجاد کرد که در بسیاری ار فعالیت‌های خطرناک و یا اماکنی که انسان امکان حضور در آنها را ندارد، کارها را انجام دهد.
4. تشخیص چهره، جداسازی بافت مفید از تصویر و سایر موارد دیگر
تشخیص تصویر می‌تواند در سیستم‌های تشخیص چهره در مکان‌های مختلف نقش مهمی داشته باشد و با مدیریت بهتر کارکنان می‌توان بهره‌وری را افزایش داد.
و بسیاری از مزیت‌های دیگر که باعث شده است، دنیای متنوع پردازش تصویر به سرعت به سمت تکامل حرکت کند.

نرم افزارهای مورد استفاده در پردازش تصویر

نرم‌افزارها و برنامه‌های مختلفی برای انجام پردازش تصویر مورد استفاده قرار می‌گیرند که از میان آنها می‌توان به MATLAB، فتوشاپ و Python اشاره کرد. در مورد فتوشاپ باید اضافه کرد که این نرم‌افزار برای ویرایش عکس و همچنین افزایش وضوح تصاویر مورد استفاده قرار می‌گیرد و فیلترهای مختلفی را بدون برنامه‌نویسی ارائه می‌دهد. اما شاید بهترین نرم‌افزار و زبان برنامه‌نویسی برای انجام عملیات پردازش تصویر را متلب ارائه می‌دهد که علاوه بر کدنویسی، ابزار و فیلترهای مختلفی را نیز دارد.

سوالات متداول

پردازش تصویر در چند نوع وجود دارد؟

  • پردازش تصویر آنالوگ: در این نوع پردازش، تصویری که توسط دوربین‌های معمولی عکاسی گرفته شده است، مورد پردازش قرار می‌گیرد.
  • پردازش تصویر دیجیتال: در این نوع پردازش، تصویر با استفاده از اسکنرهای نوری، حسگرهای دیجیتالی و … مورد پردازش قرار می‌گیرد.

چه الگوریتم‌هایی برای پردازش تصویر استفاده می‌شود؟

  • تقویت کنتراست و رنگ
  • برچسب‌گذاری و شناسایی و یا تقویت مناطق خاص مانند الگوریتم انتشار خطا
  • جستجوگر difference-map
  • تشخیص لبه

پردازش تصاویر چه کاربردهایی دارد؟

پردازش تصاویر در موارد مختلفی همچون دستکاری و ترمیم تصویر، پزشکی، شناسایی تغییرات یک ناحیه و یا آسیب‌های زیرساختی ناشی از زلزله، انتقال و رمزگذاری اطلاعات در اینترنت، Robot Vision یا بینش ربات‌ها به کار می‌رود.

پردازش تصاویر چه مزایایی به همراه دارد؟

  • در دسترس بودن فرمت‌‌های مختلف
  • دقت و سرعت بالا
  • پیشرفت‌های هوش مصنوعی
  • تشخیص چهره، جداسازی بافت مفید از تصویر و سایر موارد دیگر

برای پردازش تصویر چه نرم‌افزارهایی استفاده می‌شود؟

از میان نرم‌افزارهای مورد استفاده برای پردازش تصاویر می‌توان به متلب، فتوشاپ و پایتون اشاره نمود. 

آخـــرین مقالات پردازش تصویر

نمایش همه مقالات