پردازش تصویر چیست؟ مراحل اجرای آن چگونه است و در چه زمینه هایی کاربرد دارد؟ | پردازش تصویر هوشمند حذف شود

پردازش تصویر

پردازش تصویر امروزه یکی از پر کاربردترین تکنولوژی های روز دنیا است که در حوزه های مختلف صنعتی، پزشکی، شهری، امنیتی، علمی و فنی کاربرد فراوانی دارد.

در واقع پردازش تصویر به پردازش تصاویر آنالوگ و دیجیتالی می پردازد که به ترتیب توسط دوربین های معمولی و ابزارهای مانند اسکنر نوری، دوربین و یا حسگر دیجیتالی گرفته شده اند. برای انجام پردازش تصویر به دانش رایانه ای، برنامه نویسی و هوش مصنوعی نیاز است.

دوربین های مدار بسته موجود در خانه هوشمند یا چراغ های راهنمایی رانندگی در سطح شهر نمونه هایی از تجهیزات مدرن هستند که به وسیله پردازش تصویر و بینایی ماشین در راستای انجام سریع تر امور به افراد یاری رسانی می کنند. در ادامه شما را بیشتر با این مطالب آشنا می کنیم.

خروجی های پردازش تصویر

در پردازش تصویر یک عکس به عنوان ورودی دریافت می شود و با انجام یک سری عملیات لازم بر روی آن، یک تصویر خروجی به دست می آید. این عملیات می تواند عامل رخداد یکی از خروجی های زیر باشد:

• نمایش و چاپ تصویر
• بهبود تصویر
• ویرایش تصویر
• فشرده سازی تصویر
• کشف و تشخیص یک ویژگی خاص در تصویر

مراحل پردازش تصویر

مراحل اجرای پردازش تصویر در جهت بهبود کیفیت تصاویر به ترتیب زیر می باشد:

مرحله اول

در مرحله نخست به وسیله ابزارهایی مانند دوربین، اسکنر نوری و یا حسگر دیجیتالی، ورودی مورد نظر که یک تصویر می باشد، بدست می آید.

مرحله دوم

بعد از دریافت ورودی، نوبت به پیش پردازش تصویر می رسد که نویزهای موجود در تصویر را حذف می کند و به بخش بندی و جداسازی قسمت های مختلف تصویر می پردازد و اجسام متفاوت را از یکدیگر تشخیص می دهد.

مرحله سوم

در گام سوم به تجزیه و تحلیل تصویر می پردازد که یکی از دشوارترین مراحل پردازش است. به کمک تجزیه و تحلیل، اطلاعات بدست آمده را فشرده سازی می کند و به بهبود کیفیت تصویر و تشخیص الگوها و الگوریتم های تصویر می پردازد.

در حقیقت داده های پیکسلی، خروجی بدست آمده از این مرحله هستند که تمام نواحی مختلف تصویر را دسته بندی کرده اند.

مرحله چهار

در مرحله نهایی با استفاده از نتیجه بدست آمده از تجزیه و تحلیل تصویر به پردازش تصویر می پردازد.

انواع روش های پردازش تصویر

پردازش تصویر به دو روش برای تصاویر آنالوگ و دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرد، اما به صورت معمول و گسترده تر به پردازش تصاویر دیجیتال اختصاص دارد. در اینجا قصد داریم شما را بیشتر با تفاوت های تصاویر آنالوگ و دیجیتال آشنا می کنیم.

آنالوگ

از روش آنالوگ برای پردازش تصاویر چاپی استفاده می شود. در روش عکاسی آنالوگ تصویر از نقطه هایی بی نظم به نام گرین (Grain) تشکیل شده اند که با وجود بی نظمیشان از نظر بصری تصویری زیبا و پویا به وجود می آورند.

دیجیتال

تصاویر دیجیتالی از نقاط بسیار کوچک به نام پیکسل (Pixel) تشکیل شده اند که به صورت فیزیکی در دسترس نیستند؛ بلکه به وسیله تجهیزات هوشمندی مانند لب تاپ و کامپیوتر قابل مشاهده هستند.

از مزیت های پردازش تصویر دیجیتال نسبت به پردازش تصویر آنالوگ می توان به مدل سازی چند بعدی، استفاده از الگوریتم های گسترده تر و متنوع تر، عدم تجمع نویز و اختلال سیگنال در طی فرایند پردازش تصویر اشاره کرد.

شاخه های پردازش تصویر

پردازش تصویر به طور کلی به دو شاخه تقسیم می شود و در راستای این دو بخش مورد استفاده قرار می گیرد:

بهبود تصویر

هدف از بهبود تصویر، واضح کردن بخش های مبهم و بی کیفیت تصویر یا برجسته نشان دادن قسمت های مورد نظر است. استفاده از فیلتر محو کننده، تغییر رنگ و ایجاد تضاد رنگی بین بخش های مختلف، استفاده از همسان سازی هیستوگرام جهت بهبود کنتراست از جمله عامل های مهم و کاربردی در این زمینه هستند.

بینایی ماشین

با استفاده از دانش هوش مصنوعی، پردازش تصویر ، سنسور ها و دروبین ها می توان به ماشین و ربات این توانایی را داد که جهان دو بعدی را در ابعاد بیشتر مدل سازی کند و به بررسی و تجزیه و تحلیل تصاویر جهان پیرامون بپردازد، همچنین در صورت نیاز تصمیم گیری های لازم را انجام دهد.

چراغ های راهنمایی رانندگی، ربات های مسیر یاب، ماشین های موجود در کارخانه ها برای انجام اموری مانند بسته بندی، از نمونه ابزارهای بینایی ماشین می باشد.

کاربردهای پردازش تصویر

همان طور که در ابتدای مقاله گفته شد، پردازش تصویر در حوزه های مختلف صنعتی، پزشکی، شهری، امنیتی، علمی و فنی کاربرد فراوانی دارد. در اینجا شما را با برخی از این کاربردها آشنا می کنیم.

پزشکی

یکی از حوزه های بسیار مهم که سیستم پردازش تصویر در آن نقش بسیار مهمی دارد، علم پزشکی می باشد. بینایی ماشین با استفاده از داده های بدست آمده از تصاویر میکروسکوپی، تصاویر اشعه ایکس، تصاویر تومرگرافی (CT scan)، تصاویر MRI و تصاویر آنژیوگرافی، اطلاعاتی جهت تشخیص بیماری افراد بدست می آورد که در روند درمان سریع بیماری به پزشکان کمک زیادی می کند.

به عنوان مثال تشخیص محل شکستگی استخوان، محل پیدایش تومور مغزی و غده های سرطانی، تشخیص بیمارهای تنفسی و قلبی نمونه ای از کاربردهای پردازش تصویر در علم پزشکی است.

شهرسازی و کنترل ترافیک

به کمک پردازش تصاویر گرفته شده از نواحی مختلف شهری در طی گذشت سال ها می توان متوجه تغییرات به وجود آمده در سطح شهر شد.

همچنین با استفاده از دوربین های جاده ای و شناسایی پلاک اتومبیل ها توسط بینایی ماشین می توان تخلفات رانندگی را تا حد قابل قبولی کاهش داد و با شمارش تعداد اتومبیل ها و شناسایی جهت رفت و آمد آن ها حدودا میزان ترافیک در هر منطقه را به کمک چراغ راهنمایی و رانندگی تخمین زد.

صنعت خودروسازی و حوزه نظامی

در عصر جدید با رونمایی از خودروهای خودران، پهباد ها و هلیکوپترهای بدون سرنشین شاهد پیشرفت علم و تکنولوژی در این صنعت مدرن و نوین هستیم.

این وسیله های بدون سرنشین نیازی به حضور راننده و خلبان ندارند، به صورت مستقل عمل کرده و  به وسیله بینایی ماشین قادر به تشخیص موانع و مسیریابی محیط اطراف خود هستند. در حوزه نظامی علاوه بر وجود پهباد ها و هلیکوپترهای جنگنده، به کمک پردازش تصویر می توان محل دقیق پرتاب بمب و موشک را مشخص کرد.

صنعت

امروزه پردازش تصویر به یکی از ملزومات ضروری و جدا نشدنی در صنایع مختلف تبدیل شده است، به طوری که در هر کارخانه ای مشاهده می شود.

به عنوان نمونه در یک کارخانه انجام اموری مانند تولید و بسته بندی محصولات، شمارش تعداد کالاها به صورت دستی، اندازه گیری میزان محصولات به وسیله چشم و تشخیص کالاهای معیوب کار بسیار دشواری است، اما با بکارگیری پردازش تصویر این عملیات در زمان کمتر و با سرعت بیشتری انجام می شود.

امنیت

به کمک پردازش تصویر می توان امنیت و آرامش خاطر را برای فراد و ساکنین یک منطقه ایجاد کرد. این نواحی می توانند به کوچکی یک خانه یا به بزرگی یک کشور باشند.

وجود پردازش تصویر به وفور در ابزارهای امنیتی مانند دوربین های مداربسته، سیستم تشخیص چهره بیومتریک و همانطور که گفته شد در پهبادها و هلیکوپترهای بدون سرنشین دیده می شود که نقش اساسی در تامین امنیت یک منطقه دارند.

کاربرد هوایی و ماهواره ای

با دریافت اطلاعات و داده های بدست آمده از تحلیل و بررسی تصاویر ماهواره ای و هوایی که به واسطه پردازش تصویر بدست می آیند، می توان در حوزه های کشاورزی، هواشناسی و نقشه برداری پیشرفت زیادی داشت.

عکاسی

به کمک پردازش تصاویر در هنر عکاسی امکان بهبود عکس های قدیمی و آسیب دیده، ویرایش و ارتقا سطح کیفیت تصاویر امکان پذیر می باشد.