مفهوم پردازش تصویر و نحوه عملکرد آن

پردازش تصویر چیست؟ قبل از هرگونه توضیح در رابطه با پردازش تصویر در مورد پردازش سیگنال بدانیم. پردازش سیگنال یک رشته در مهندسی برق و ریاضیات است که به تجزیه و تحلیل و پردازش سیگنال های آنالوگ و دیجیتال پرداخته و به ذخیره سازی، فیلتر کردن و سایر عملیات مربوط به سیگنال ها می پردازد.

این سیگنال ها شامل سیگنال های انتقال، سیگنال های صوتی، سیگنال های تصویر و سایر سیگنال های e.t.c می‌شوند.

از بین تمام این سیگنالها، فیلد مربوط به نوع سیگنالهایی که ورودی و خروجی آن نیز یک تصویر است در پردازش تصویر انجام می شود.

پردازش تصویر را می توان بیشتر به پردازش تصویر آنالوگ و پردازش دیجیتال تقسیم کرد.

پردازش تصویر آنالوگ

پردازش تصویر آنالوگ بر روی سیگنال های آنالوگ انجام می شود. این مورد شامل پردازش در سیگنال های آنالوگ دو بعدی است. در این نوع پردازش با تغییر سیگنال الکتریکی، تصاویر به وسیله الکتریسیته دستکاری می شوند. مثال رایج این نوع، تصویر تلویزیون است.

پردازش تصویر دیجیتالی با گذشت زمان به دلیل طیف گسترده تری از کاربردهای آن، بر پردازش تصویر آنالوگ مسلط شده است.

پردازش تصویر دیجیتال

پردازش تصویر دیجیتال با توسعه سیستم دیجیتال که عملیات را بر روی یک تصویر دیجیتال انجام می دهد، سروکار دارد.

تصویر چیست

یک تصویر چیزی بیش از یک سیگنال دو بعدی نیست. تصویر توسط عملکرد ریاضی f (x ، y) تعریف شده است که در آن x و y این دو به صورت افقی و عمودی با یکدیگر هماهنگ هستند.

مقدار f (x y) در هر نقطه از تصویر مقدار پیکسل را در آن نقطه از تصویر ارائه می‌دهد.

شکل بالا نمونه ای از تصویر دیجیتال است که اکنون در حال مشاهده در صفحه رایانه خود هستید. اما در واقع ، این تصویر چیزی نیست جز یک آرایه دو بعدی از اعداد بین 0 تا 255.

هر عدد مقدار تابع f (x y) را در هر نقطه نشان می دهد. در این حالت مقدار 128، 230 و123 هر یک مقدار پیکسل مجزا را نشان می دهد. ابعاد تصویر در واقع ابعاد این آرایه دو بعدی است.

رابطه بین تصویر دیجیتال و سیگنال

اگر تصویر یک آرایه دو بعدی است، ارتباط آن با سیگنال چیست؟ برای درک این موضوع ، ابتدا باید درک کنیم که سیگنال چیست؟

سیگنال

در دنیای فیزیکی، هر مقدار قابل اندازه گیری در طول زمان، در فضا یا هر بعد بالاتر می تواند به عنوان یک سیگنال در نظر گرفته شود. سیگنال یک عملکرد ریاضی است و برخی از اطلاعات را منتقل می کند.

سیگنال می تواند یک سیگنال یک بعدی، دو بعدی یا بالاتر باشد. سیگنال یک بعدی سیگنالی است که با گذشت زمان اندازه گیری می شود. مثال رایج آن یک سیگنال صوتی است.

سیگنالهای دو بعدی آنهایی هستند که بیش از مقادیر فیزیکی دیگری اندازه گیری می شوند. نمونه سیگنال دو بعدی یک تصویر دیجیتالی است. ما در آموزش بعدی در مورد چگونگی شکل گیری و تفسیر سیگنال های یک بعدی یا دو بعدی و سیگنال های بالاتر، به جزئیات بیشتری خواهیم پرداخت.

ارتباط

هر چیزی که اطلاعات را منتقل می کند یا پیامی را در دنیای فیزیکی بین دو ناظر پخش می کند، یک سیگنال است و شامل گفتار (صدای انسان) یا تصویر به عنوان سیگنال است. وقتی ما صحبت می کنیم، صدای ما به یک موج – سیگنال صوتی تبدیل می شود. به عنوان مثال نحوه عملکرد دوربین دیجیتالی ، به عنوان دستیابی به تصویری از دوربین دیجیتال ، مستلزم انتقال سیگنال از یک قسمت از سیستم به بخش دیگر است.

چگونه تصویر دیجیتال شکل می گیرد

از آنجا که گرفتن تصویر از دوربین یک فرایند فیزیکی است. از نور خورشید به عنوان منبع انرژی استفاده می شود. از آرایه سنسور برای بدست آوردن تصویر استفاده می شود. بنابراین ، هنگامی که نور خورشید بر روی جسم می‌تابد ، مقدار نور منعکس شده توسط آن جسم توسط سنسورها حس می شود و به واسطه میزان داده های حس شده، یک سیگنال ولتاژ مداوم ایجاد می شود. برای ایجاد یک تصویر دیجیتال، باید این داده ها را به اشکال دیجیتالی تبدیل کنیم که شامل نمونه گیری و اندازه گیری است.

در نهایت نتیجه نمونه گیری و اندازه گیری منجر به یک آرایه دو بعدی یا ماتریس اعداد می شود که چیزی جز تصویر دیجیتالی نیست.

زمینه های هم پوشانی

بینایی ماشین / کامپیوتر

بینایی ماشین یا دید رایانه با توسعه سیستمی سروکار دارد که در آن ورودی یک تصویر و خروجی برخی از اطلاعات است. به عنوان مثال، ایجاد سیستمی که صورت انسان را اسکن کرده و هر نوع قفل را باز می کند. این سیستم نیز چیزی شبیه به این خواهد بود.

گرافیک کامپیوتری

گرافیک رایانه با شکل گیری تصاویر از مدل های اشیا سر و کار دارد، سپس تصویر توسط برخی دستگاه ها ضبط می شود. به عنوان مثال، ارائه و تولید یک تصویر از یک مدل شی. چنین سیستمی چیزی شبیه به این است.

هوش مصنوعی

هوش مصنوعی کمابیش مطالعه قرار دادن هوش انسانی نسبت به ماشین ها است. هوش مصنوعی کاربردهای زیادی در پردازش تصویر دارد. به عنوان مثال، توسعه سیستم های تشخیص به کمک رایانه که به پزشکان در تفسیر تصاویر از اشعه ایکس ، MRI e.t.c و سپس برجسته کردن بخش آشکار آن کمک می کند تا توسط پزشک معاینه شود.

پردازش سیگنال

در حقیقت پردازش سیگنال یک چتر است که پردازش تصویر در زیر آن قرار دارد. مقدار نور منعکس شده توسط یک جسم در دنیای فیزیکی (دنیای 3 بعدی) از لنز دوربین عبور می کند و به یک سیگنال 2 بعدی تبدیل می‌شود و از این رو منجر به شکل گیری تصویر می‌گردد. سپس این تصویر با استفاده از روشهای پردازش سیگنال، دیجیتالی شده و سپس این تصویر دیجیتال در پردازش تصویر دیجیتال دستکاری می شود.

منبع