پردازش تصویر

تصویر چیست؟

قبل از آن که بخواهیم در مورد پردازش تصویر صحبت کنیم، باید بدانیم که تصویر چیست؟ تصویر یک رکورد از طیف خاصی از سیگنال‌های الکترومغاطیسی است که توسط یک سنسور در یک بازه زمانی ذخیره می‌شود. این طیف می‌تواند از هرگونه طول موج باشد؛ برای مثال طول موج نور مرئی که دوربین‌های عادی ضبط می‌کنند، طول موج ایکس که در تصویر برداری با اشعه ایکس ضبط می‌شود و بسیاری از موارد دیگر. سنسور ها به صورت دیجیتال با نرخ نمونه برداری‌های متفاوت داده‌ها را ذخیره‌سازی می‌‌کنند که هر کدام ازین نمونه برداری ها می‌توانند تشکیل یک پیکسل بدهد. تصویر دیجیتال(رقومی) از تعداد بسیار زیادی از مربع‌های کوچک، مشهور به پیکسل (pixel) تشکیل شده‌است. هر پیکسل دارای یک مقدار دیجیتال است که بیان‌گر مقدار روشنایی آن پیکسل است. به این نوع تصاویر، تصاویر رَستِری (Raster Image) هم می‌گویند.هر تصویر رستری از تعدادی سطر و تعدادی ستون تشکیل شده‌است.

پردازش تصویر چیست؟

همان‌طور که گفته شد تصویر در واقع یک رکورد از سیگنال‌های الکترومغناطیسی است و پردازش تصویر نوع خاصی از پردازش سیگنال است. پردازش تصویر به صورت خلاصه یعنی انجام فرایند‌هایی روی تصویر (چه عکس چه ویدئو)، برای دریافت خروجی مشخص و معینی از تصویر . این فرایندها می‌توانند برای افزایش دقت تصویر باشند (Image enhancement) یا می‌توانند برای جداکردن یک بخش مشخص از تصویر‌ (Image segmentation) باشند و… . برنامه‌هایی مانند اینستاگرام، کم‌اسکنر و… از الگوریتم‌های مربوط به پردازش تصویر استفاده می‌کنند. در ادامه گام‌های یادگیری فناوری ذکر شده است.

پردازش تصویر به طور عمده به دو بخش تقسیم می شود:

۱- بهبود تصاویر
هدف از بهبود کیفیت تصـویر، تبـدیل تصـویر مـی باشـد؛ بـه طوری که برای یک کاربرد خاص، تصویر حاصل بهتـر از تصـویر اولیه گردد

۲- بینایی ماشین
منظور این است که کامپیوتر ها به کمک دوربین محیط اطراف را ببینند درک کنند و تصمیم‌گیری کنند.

کاربرد های پردازش تصویر

کنترل ترافیک
سنجش سرعت خودروهای در حال حرکت، خواندن پلاک اتومبیل‌های در حال حرکت از این دسته هستند.

هواشناسی
پیش‌بینی آب و هوا یا پیش‌بینی سرعت طوفان‌ها با دقت بسیار بالا که سایت ایرانی سمیتیو نمونه خوبی برای این مورد است.

صنعت
پردازش تصویر امروزه در صنعت در بخش هایی مثل کنترل کیفیت، کنترل فرایند تولید و دیگر بخش ها نقش مهمی را ایفا می‌کند. امروزه کمتر کارخانه‌ای را می‌توان یافت که از این دانش و فناوری بی بهره باشد؛ مثلا در کارخانجات تولید کیک با استفاده از این فناوری کیک‌های پخته از کیک‌هایی که نیاز به پخت بیشتر دارند تشخیص داده می‌شوند، یا در محیط‌هایی که مشاهده و اندازه گیری محصول بدون چشم مسلح امکان پذیر نیست می توان از این فناوری استفاده کرد.

کشاورزی
در مواردی همچون پردازش تصویرهای ماهواره‌ای برای بررسی وضعیت زمین‌های کشاورزی می‌توان کارهای بسیار کمک کننده‌ای در جهت افزایش بهره‌وری کرد. در این زمینه شرکت‌های ایرانی مثل کشت‌یار، ست‌پلت نمونه‎‌های خوبی برای بررسی هستند. به علاوه با مطرح شدن کشاورزی هوشمند و استفاده از پهپادها برای انجام وظایف کنترل کیفیتی و کارهای مربوط به کشاورزی پردازش تصویر نقش مهمی در این زمینه ایفا می‌کند؛ به طور مثال بررسی وضعیت سلامت زمین‌های کشاورزی به کمک پهپادها .

شهرسازی
با مقایسه عکس‌های مختلف از سال‌های مختلف از یک شهر میزان تغییرات و پیشرفت آن را می‌توان مشاهده کرد. این کار کمک بسیار زیادی به کنترل ساخت و سازها، تهیه بانک اطلاعاتی به‌ روزشده از مناطق مختلف و دیگر زمینه‌ها می‌کند.

علوم نظامی و امنیتی
موشک‌های نظامی، سیستم‌های دفاعی، سیستم‌های کنترل‌ امنیت از کاربردهای این فناوری در زمینه نظامی هستند.

بینایی کامپیوتری(computer vision)

برای استفاده از الگوریتم‌های پردازشی باید تصاویر گرفته شده از طریق دوربین به یک پردازنده مانند کامپیوتر منتقل شود و از نرم افزار‌های مربوط به پردازش تصویر استفاده کنید. در این صورت وقتی شما پروژه‌ای را توسط این روش انجام دادید، در حقیقت از سیستم بینایی کامپیوتری (computer vision) استفاده کرده‌اید.

بینایی ماشین(Machine vision)

برخلاف بینایی کامپیوتر که عمدتاً تمرکزشان روی پردازش تصویر است، بینایی ماشین، سامانه‌های ضبط تصویر را با استفاده از دستگاه‌های ورودی-خروجی دیجیتال و شبکه‌های کامپیوتری یکی می‌کند؛ که باعث کنترل کیفی در لحظه و کنترل تجهیزاتی مانند ربات های خط تولید می‌شود. بینایی ماشین کمک کننده علومی همچون کامپیوتر، اپتیک، مهندسی مکانیک و خودکارسازی صنعتی است.

انواع پردازش تصویر

۱- پردازش سطح پایین
شامل پردازش های ابتدایی همچون حذف نویز،فیلتر کردن تصویر، کنتراست و…

۲- پردازش سطح میانی
ویژگی این سطح پردازش این است که ورودی آن معمولا تصویر و خروجی آن صفاتی از اشیاء تصویر مانند لبه‌ها کانتورها و تشخیص اشیا است.

۳- پردازش سطح بالا
این پردازش شامل فهمیدن رابطه بین اشیاء تشخیص داده شده استنباط و تفسیر صحنه وتشخیص‌هایی که سیستم بینایی انسان می‌شود .