مقدمه ای بر پردازش تصویر

پردازش تصوير یکی از مسائل مهم و یکی از زیرشاخه های حیاتی در هوش مصنوعی می باشد. در این نوشته از سلسله پست های آموزش پردازش تصویر  مقدمه ای بر پردازش تصویر را آماده کرده ایم و در آن به بیان مفهوم پردازش تصویر می پردازیم

مقدمه ای بر پردازش تصویر

پیدایش پردازش تصویر:

در اوايل دهه ۶۰ سفينه فضايي رنجر ۷ متعلق به ناسا شروع به ارسال تصاوير تلويزيوني مبهمي از سطح ماه به زمين کرد.

• استخراج جزئيات تصوير براي يافتن محلي براي فرود سفينه آپولو نيازمند اعمال تصميماتي روي تصاوير بود.
• اين کار مهم به عهده لابراتوار JPL Jet Propulsion قرار داده شد.
• بدين ترتيب زمينه تخصصي پردازش تصاوير رقومي آغاز گرديد و مثل تمام تکنولوژي های ديگر سريعاً استفاده هاي متعدد پيدا کرد.

از سال ۱۹۶۴ تاكنون، موضوع پردازش تصوير، رشد فراواني كرده است. علاوه بر برنامه تحقيقات فضايي، اكنون از فنون پردازش تصوير، در موارد متعددي استفاده مي شود. گر چه اغلب اين مسائل با هم نامرتبط هستند، اما عموما نيازمند روش هايي هستند كه قادر به ارتقاي اطلاعات تصويري براي تعبير و تحليل انسان باشد.

براي نمونه در پزشكي شيوه هاي رايانه اي Contrast تصوير را ارتقا مي دهند يا اين كه براي تعبير آسانتر تصاوير اشعه ايكس يا ساير تصاوير پزشكي، سطوح شدت روشنايي را با رنگ، رمز مي كنند.

متخصصان جغرافيايي نيز از اين روش ها يا روش هاي مشابه براي مطالعه الگوهاي آلودگي هوا كه با تصوير برداري هوايي و ماهواره اي بدست آمده است، استفاده مي كنند.

در باستان شناسي نيز روش هاي پردازش تصوير براي بازيابي عكس هاي مات شده اي كه تنها باقي مانده آثار هنري نادر هستند، مورد استفاده قرار مي گيرد. در فيزيك و زمينه هاي مرتبط، فنون رايانه اي بارها تصاوير آزمايش هاي مربوط به موضوعاتي نظير پلاسماهاي پرانرژي و تصاوير ريزبيني الكتروني را ارتقا داده اند. كاربردهاي موفق ديگري از پردازش تصوير را نيز مي توان در نجوم، زيست شناسي، پزشكي هسته اي، اجراي قانون، دفع و صنعت بيان كرد.

مفهوم پردازش تصویر :

اگر بخواهیم بصورت مختبصر مفهوم پردازش تصویر را بیان کنیم میتوان گفت که شما یک تصویر یا مجموعه ای از تصاویر (چه عکس ، چه ویدئو) دارید که میخواهید با انجام کارهایی بر روی این تصاویر خروجی معنی و مشخصی از تصاویر بگیرید . این کار یا فراید که روی تصویر انجام میدهید می‌توانند برای افزایش دقت تصویر باشند (Image enhancement) یا می‌توانند برای جداکردن یک بخش مشخص از تصویر‌ (Image segmentation) باشند و…

تعریف ویکی پدیا از پردازش تصویر :
پردازش تصاویر امروزه بیشتر به موضوع پردازش تصویر دیجیتال گفته می‌شود که شاخه‌ای از دانش رایانه است که با پردازش سیگنال دیجیتال که نماینده تصاویر برداشته شده با دوربین دیجیتال یا پویش شده توسط پویشگر هستند سر و کار دارد.

مفهوم پردازش تصویر 

پردازش تصاویر دارای دو شاخه عمده بهبود تصاویر و بینایی ماشین است.

• بهبود تصاویر دربرگیرنده روشهایی چون استفاده از فیلتر محوکننده و افزایش تضاد برای بهتر کردن کیفیت دیداری تصاویر و اطمینان از نمایش درست آنها در محیط مقصد (مانند چاپگر یا نمایشگر رایانه)است
• بینایی ماشین به روشهایی می‌پردازد که به کمک آنها می‌توان معنی و محتوای تصاویر را درک کرد تا از آنها در کارهایی چون رباتیک و محور تصاویر استفاده شود.

در معنای خاصتر  پردازش تصویر عبارت است از هر نوع پردازش سیگنالی که ورودی آن یک تصویر است (مثل عکس یا صحنه‌ای از یک فیلم) اما خروجی پردازشگر تصویر می‌تواند یک تصویر یا یک مجموعه از نشانهای ویژه یا متغیرهای مربوط به تصویر باشد.

در اغلب موارد هنگام پردازش تصویر ، تصویر را بعنوان یک سیگنال دو بعدی (تصاویر سیاه و سفید) و یا سه بعدی (تصاویر رنگی) در نظر میگیرند و با بکار بردن تکنیک های استاندارد پردازش سیگنال آن تصویر را پردازش میکنند.

برخی موضوعات مهم در حیطه پردازش تصویر عبارت است از:

ناحیه بندی تصویر

ناحیه ­بندی تصویر عبارت است از تفکیک پیکسل­ های تصویر به نواحی مجزایی که بر حسب ویژگی­ هایی مانند شدت روشنایی، بافت و یا رنگ، یکسان هستند و یا تا حد ممکن همبستگی دارند. ناحیه ­بندی تصاویر در بسیاری از کارهای پردازشی بر روی تصاویر، چون تصاویر درمانی، بینایی ماشین، فشرده سازی تصویر، شئ شناسی، نیازی ضروری و مهم برای شروع پردازش بر روی شی یا بافت مورد نظر می ­باشد.

تشخیص اشیاء

شی به همه چیزهایی که در یک تصویر وجود دارد اطلاق می­ شود و فرایند تشخیص شی در تصویر به ساده­ترین تحلیل تا پیشرفته ترین تحلیلی که ممکن است با دیدن یک تصویر صورت بگیرد اطلاق می­ شود. مانند تشخیص انوع اجسام طبیعی و مصنوعی، تشخیص وضعیت هوا، تشخیص بیماری و روش درمان، تشخیص معادله و حل آن، تشخیص وضعیت اجتماعی، اقتصادی، سیاسی، تشخیص چهره شخص، تشخیص وضعیت اعضای بدن شخص و تشخیص وضعیت روحی شخص، همه این تشخیص ­ها از تصاویر قابل استنتاج است.

تشخیص چهره

روش تشخیص چهره یکی از چندین روش بیومتریک است که دارای دقت بالا بوده و می تواند تا مدت ها قابل اتکا باشد. برخلاف روش های دیگر اعتبار سنجی که لازم بود تا کاربر حداقل PIN و کلمه عبور، را به یاد داشته باشد، در روش های تشخیص چهره، کاربر خیلی راحت با چهره خودش، می تواند در پروسه اعتبار سنجی وارد شود. در حال حاضر علاوه بر این کاربردهای کلاسیک برای تشخیص چهره، اعتبار سنجی های جدیدی پدیدار شده اند.

لبه یابی تصویر

فرآیند تشخیص لبه یکی از مهمترین تکنیک ­های کارآمد و مفید در پردازش تصویر به ویژه در جداسازی و شناسایی چارچوب اصلی تصویر می­باشد؛ شیوه­ های متفاوتی جهت آشکارسازی لبه دریک تصویر وجود دارد که اغلب با مشکلاتی نظیر از میان رفتن داده­ های تصویر اصلی و عدم توانایی در لبه ­یابی در زوایای گوناگون مواجه هستند. هدف از تشخیص لبه، مکان­یابی مرزهایی از اشیای در یک تصویر است که پایه و اساس تجزیه و تحلیل تصویر و بینایی ماشین محسوب می­ شود.

كاربردهاي پردازش تصوير:

• بتدايي ترين کاربردهاي پردازش تصاوير رقومي در دهه ۶۰ و۷۰ جنبه هاي نظامي و جاسوسي بود که باعث شد نياز به تصاوير با کيفيت بالاتر بوجود آيد.
• پس از آن مصارف ديگري براي تصاوير رقومي سطح زمين پيدا شد که کاربرد تصاوير چند طيفي (Multi Spectral) در کشاورزي و جنگل داري از آن جمله است.
• همچنين با استفاده از تصاوير دیجیتال عملياتهايي مثل کنکاش نفت در سرزمين هاي دور افتاده و يا رديابي منابع آلودگي شهري از داخل دفتر کار متخصصين آنها انجام شد.
• بزودي کاربردهاي زميني زيادتري براي پردازش تصاوير رقومي پيدا شد .
• از اواسط دهه ۷۰ تا اواسط دهه ۸۰ اختراع اسکنر ها ي CAT يا (Computerized Arial Topography ) و اسکنر هاي MRI يا (Magnetic Resonance Imagery ) پزشکي را متحول کردند.
• صنعت چاپ استفاده کننده بعدي بود.
• در اواخر دهه ۸۰ پردازش تصاوير رقومی وارد دنياي سرگرمي شد بطوريکه امروزه اين نقش به امر عادي تبديل شده است.
• به همين ترتيب دنياي صنعت با روباتهايي که عملا مي بينند يعني در واقع با ظهور تکنولوژي Machine Vision متحول شد و هنوز هم در حال تحول است.

کاربردهای پردازش تصویر

هر ساله با سريعتر و ارزانتر شدن کامپيوتر ها و ايجاد امکان پخش تصاوير با استفاده از تکنولوژي ارتباطات، افراد بيشتري به اين تصاوير دسترسي پيدا مي کنند.

کنفرانس هاي ويدئويي يک روش زنده براي انجام ب و کار شده اند و کامپيوترها ي خانگي توانايي نمايش و مديريت تصاوير را به خوبي پيدا کرده اند.

خوشبختانه با بالاتر رفتن سرعت پردازش و فضاي حافظه کامپيوترها ديگر از بابت امکانات پردازش تصاوير نگراني ها کمتر شده است و روز به روز اين روند رو به رشد ادامه پيدا مي کند.

پردازش تصاویر امروزه بیشتر به موضوع پردازش تصویر دیجیتال گفته می‌شود که شاخه‌ای از دانش رایانه است که با پردازش سیگنال دیجیتال که نماینده تصاویر برداشته شده با دوربین دیجیتال یا پویش شده توسط پویشگر هستند سر و کار دارد.