پردازش تصویر چیست و چه کاربردی دارد؟ پردازش تصویر واژه‌ای است که به پردازش دیجیتالی تصاویر گفته می شود. دذ واقع یکی از شاخه های پردازش سیگنال می باشد که به وسیله پردازش کردن سیگنال دیجیتال انجام می شود که با تصاویر اسکن شده به وسیله اسکنر یا ضبط شده با دوربین دیجیتال انجام می‌شود یا به بیانی به مجموعه روش هایی اطلاق می شود که هدف آنها دستکاری کردن یا بهبود دادن تصاویر می باشد، بنابراین می توان گفت که یک مرحله بسیار تاثیرگذار در ضبط تصاویر محسوب می شود. در این مقاله پردازش تصاویر و کاربردهای آن را بررسی می کنیم.
آشنایی با پردازش تصویر
گفتیم که پردازش تصاویر به پردازش تصویر دیجیتال یا همان پردازش دیجیتالی تصاویر گفته می شود که یکی از شاخه های پردازش سیگنال می باشد که با پردازش کردن دیجیتالی سر و کار دارد و با استفاده از تصاویر اسکن شده به وسیله اسکنر یا ضبط شده با دوربین های دیجیتالی می باشند. در واقع پردازش تصاویر را می‌توان به عنوان مجموعه‌ای از روش ها دانست که هدف آن بهبود دادن تصاویر یا دستکاری آنها می‌باشد، این امر به طور پیکسل به پیکسل انجام می‌شود، یعنی الگوریتم ها در پردازش تصاویر با ویژگی‌های پیکسلی در تصاویر سر و کار دارند و یعنی مجموعه وسیعی از توابع بر هر پیکسل از تصاویر اعمال شده و تنها زمانی که یک تابع عملیاتی به صورت کامل انجام شود، سپس برنامه به انجام دادن تابع دوم و غیره اقدام می‌کند.
علاوه بر این موضوع جهت پردازش کردن تصاویر معمولاً از الگوریتم‌هایی مانند یادگیری ماشین استفاده می‌ک نند. برای آنکه بهتر به نحوه عملکرد یادگیری ماشینی پی ببرید، باید بدانید که در واقع یک ماشین هوشمند چگونه و به چه طریقی تصاویر را می بیند. تصاویر در داخل رایانه‌ها به صورت ماتریس های سه بعدی یا دو بعدی به وسیله کامپیوتر تفسیر می‌شوند، مقدار درایه در داخل هر کدام از ماتریس‌ها نشان دهنده نوع و مقدار دامنه رنگی در داخل پیکسل‌ها می‌باشد که معمولاً به آن شدت پیکسل می‌گویند، در این مقوله معمولا شما با تصاویری سر و کار دارید که ۸ بیتی هستند و در آنها میزان و مقدار دامنه بین صفر تا ۲۵۵ متغیر می باشد، به علاوه آن در پردازش کردن تصاویر نیز از شیوه پردازش سیگنال استفاده می‌شود که همه تصاویر در این روش‌ها به صورت سیگنال دو بعدی یا موقعیت مکانی پیکسل مطابق با محورهای x و y انجام می‌شود.
کاربرد پردازش تصویر
گفتیم که پردازش تصاویر به عنوان یک مرحله بسیار ضروری و به بیانی پیش نیاز بینایی در ماشین ها اطلاق می‌شود و در برنامه‌های بسیاری از جمله تشخیص اشیا، تشخیص چهره و فشرده سازی تصاویر کاربرد دارد.
از این شیوه جهت حذف کردن برخی از اطلاعات و بهبود یافتن تصاویر استفاده می‌شود، علاوه بر آنکه پیش از انجام پردازش می تواند عملکرد مدل بینایی در ماشین را افزایش دهد، دستکاری کردن تصاویر از جمله حذف اشیا یا افزودن برخی موارد به آنها از کاربردهای پردازش تصویر است، علاوه بر آنکه در موارد زیر نیز پردازش تصاویر کاربرد دارد:
بازیابی تصاویر پزشکی
در حوزه پزشکی پردازش تصاویر کاربرد گسترده دارد بسیاری از برنامه‌های درمانی را می‌تواند به طور دقیق‌تر و کارآمدتر امکان‌پذیر کند، مثلاً از این شیوه می‌توان جهت تشخیص دادن زود هنگام برخی از سرطان‌ها مانند سرطان سینه استفاده کرد. از آن جایی که حوزه پزشکی بسیار جدی می‌باشد و جهت حفظ سلامت انسان‌ها تاثیرگذار است، بنابراین پردازش تصاویر در این زمینه نیازمند دقت بالا و سیستم‌های گران است، علاوه بر آنکه الگوریتم‌های بهینه در این زمینه نیز جهت پیاده سازی، ارزیابی و تست مورد نیاز می‌باشد.
فناوری سنجش ترافیک
در خصوص سنسورهای مختلف ترافیک از پردازش تصاویر استفاده می‌شود که شامل یک سیستم مخابراتی، یک سیستم تصویربرداری و همچنین یک سیستم پردازش تصاویر می‌باشد. هنگام ضبط کردن ویدیو از سیستم پردازش تصاویر چندین ناحیه تشخیص دارند، به این ترتیب وقتی که یک وسیله نقلیه به منطقه مورد نظر وارد شود، این سیگنال‌ها روشن شده و هنگامی که از همان وسیله از منطقه مورد نظر خارج شود، آن را تشخیص می‌دهند و سیگنال خاموش خواهد شد. همچنین در این نواحی تشخیص جهت شناسایی کردن میزان ترافیک در منطقه مورد نظر قابل تشخیص و استفاده می‌باشد، حتی پردازش تصویر این امکان را دارد که پلاک خودروها را به طور کاملاً خودکار ضبط کرده، نوع وسیله نقلیه را به خوبی تشخیص داده و سرعت آن را در بزرگراه‌ها کنترل کند.
بازسازی تصاویر
مورد دیگری که از کاربردهای پردازش تصویر می‌باشد، این است که می‌تواند برای پر کردن برخی از قسمت‌های گم شده یا از بین رفته تصاویر و در نهایت بازیابی آنها استفاده کرد، مورد استفاده قرار بگیرد که این کار به وسیله سیستم پردازش تصویر همراه با برخی از مجموعه داده تصاویر، ایجاد نسخه‌های جدیدتر از عکس‌های آسیب دیده و قدیمی امکان‌پذیر است.
شناسایی چهره
از دیگر کاربردهای رایج پردازش تصویر تشخیص چهره می‌باشد. تشخیص دادن چهره از جمله الگوریتم‌های عمیق یادگیری استفاده می‌کند که برای انجام آن ماشین در ابتدا با برخی ویژگی‌های خاص و منحصر به فرد صورت انسان از جمله فاصله بین چشم‌ها، شکل صورت و غیره اموزش داده می‌شود، پس از این مرحله چهره جدید با استفاده از تصاویری مقایسه می‌شود که در پایگاه داده آن نگهداری شده است و در نهایت نیز نتیجه به دست آمده اعلام خواهد شد. تشخیص چهره در واقع ابزاری حیاتی می‌باشد که در حال حاضر در بیومتریک امنیت و دیگر فیلترهای موجود در مچ بندهای هوشمند تلفن‌های همراه و برخی برنامه‌های رسانه اجتماعی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سنسورهای دوربین
از وظایف اصلی در سنسور تصاویر جمع آوری کردن نور ورودی و سپس تبدیل کردن آن به سیگنال‌های الکتریکی، بهره‌گیری کردن این نوع سیگنال‌ها و در نهایت دادن خروجی می‌باشد. ورودی معمولاً به صورت آرایه دو بعدی از قسمت‌های حساس به نور می‌باشد و می‌تواند فوتون را به الکترون‌ها تبدیل کند. تصاویر در این روش به وسیله برخی از تجهیزات از جمله دوربین‌های دیجیتالی و با استفاده کردن از حسگرهای تصاویر گرفته می‌شود. جهت جمع آوری کردن تصاویر دیجیتالی نیز به دو جز در داخل حسگر تصاویر نیاز می‌باشد که جز اول نوعی ابزار واقعی است و قادر است از انرژی ساطع شده به وسیله جسم مورد نظر عکس بگیرد و جز دومی نیز نوعی مبدل دیجیتالی می‌باشد که می‌تواند خروجی در دستگاه‌های حسگر فیزیکی را به صورت دیجیتالی بدل کند.
ذخیره سازی
در برخی از برنامه‌ها در حوزه پردازش تصاویر حفظ کردن تصاویر و همچنین نگهداری کردن آنها ضروری می‌باشد. سه نوع اصلی و متفاوت برای این نوع ذخیره دیجیتالی در برنامه‌های پردازش تصاویر وجود دارد که عبارتند از:
ذخیره سازی به صورت کوتاه مدت
ذخیره سازی آنلاین جهت فراخوان های سریع
ذخیره سازی آرشیو شده به صورت فشرده و با حجم زیاد
تجهیزات چاپی
دوربین ضبط فیلم، چاپگرهای لیزری، چاپگر جواهر افشان، تجهیزات بسیار حساس به حرارت و برخی تجهیزات دیجیتالی از جمله دیسک‌های نوری، نمونه‌هایی از کاربرد و موارد استفاده از پردازش دیجیتال جهت ضبط تصاویر می‌باشند.
شبکه سازی
شبکه جهت ارسال کردن برخی از داده‌های بستری به وسیله یک کامپیوتر از اجزای بسیار ضروری در این زمینه است. از عوامل مهم جهت انتقال دادن تصاویر نیز پهنای باند می‌باشد، چون برنامه‌های کاربردی در پردازش تصاویر معمولاً به مقادیر بالای داده‌ها نیازمند هستند.
مراحل مهم پردازش تصاویر
پردازش تصاویر در واقع شامل مراحل مختلف و یک مجموعه از توابع می‌باشد که بر روی پیکسل تصاویر قابل اعمال است. برخی از این مراحل نیز به صورت مراحل زیر می‌باشد:
- تهیه تصاویر
گرفتن تصاویر در پردازش تصاویر اولین گام است که به عنوان پیش پردازش نیز شناخته می‌شود. این مرحله در واقع شامل دریافت کردن تصاویر مختلف از یک منبع می باشد.
- افزایش کیفیت عکس
بهبود یافتن تصاویر مختلف شامل فرایند برجسته کردن و پیدا کردن ویژگی‌های خاص و مورد علاقه در تصاویر می‌باشد که معمولاً در حالت عادی به صورت مبهم هستند، مانند کنتراست و یا تغییر دادن روشنایی.
- بازیابی تصاویر
بازیابی کردن تصاویر مختلف در واقع یک فرایند جهت تصاویر خراب یا پاره شده و بهبود یافتن ظاهر آنها می‌باشد. برخلاف بهبود یافتن تصاویر معمولاً بازیابی کردن آنها به وسیله برخی از اشکالات خاص و مدل‌های ریاضی انجام می‌شود.
- تقسیم بندی کردن
تقسیم بندی کردن معمولاً شامل تقسیم برخی از تصاویر، اشیا یا اجزای تشکیل دهنده آنها می‌باشد که به عنوان یکی از مراحل پیش پردازش جهت تشخیص دادن اشیا کاربرد دارد. یکی از بهترین روش‌ها نیز استفاده کردن از آستانه گذاری باینری می‌باشد که در این روش هر پیکسل سفید یا سیاه است. مقدار آستانه نیز به صورت کلی انتخاب می‌شود که کلیه پیکسل‌ها با سطح روشنایی کمتر از آستانه به صورت سیاه دیده شده و پیکسل‌های با سطح روشنایی بیشتر از آستانه سفید دیده شوند.
- تشخیص دادن
تشخیص دادن شامل پردازش کردن تصاویر باینری، تصاویر رنگی و غیره می‌باشد که این پردازش‌ها انواع مختلف مدل سازی در حوزه‌های دیجیتالی را شامل می‌شوند. این مرحله نیز به جهت استفاده های قابل توجه از تصویر دیجیتالی در زمینه اینترنت اهمیت دارد.
- فشرده سازی
فشرده سازی نیز فرایندی می‌باشد که در آن جهت کاهش دادن فضای مورد نیاز و ذخیره سازی برای ذخیره کردن تصاویر با پهناهای باند مورد نیاز برای انتقال دادن آن استفاده می‌شود. این کار مخصوصاً زمانی قابل انجام است که تصاویر مورد نظر شما جهت استفاده در فضای اینترنت می‌باشد.