پردازش تصویر چیست؟ قسمت 2

تاریخچه پردازش تصویر چیست؟

در اوایل دهه ۶۰ متعلق به ناسا شروع به ارسال تصاویر تلویزیونی مبهمی از سطح ماه به زمین کرد. استخراج جزئیات تصویر برای یافتن محلی برای فرود سفینه آپولو نیازمند اعمال تصمیماتی روی تصاویر بود. این کار مهم به عهده لابراتوار  Jet Propulsion قرار داده شد. بدین ترتیب زمینه تخصصی پردازش تصاویر رقومی آغاز گردید و مثل تمام تکنولوژی های دیگر سریعاً استفاده های متعدد پیدا کرد.

از سال ۱۹۶۴ تاکنون، موضوع پردازش تصویر، رشد زیادی کرده است.

پردازش تصویر روشی برای تبدیل یک تصویر به صورت دیجیتال و انجام برخی از عملیات بر روی آن، به منظور دریافت یک تصویر بهبود یافته و یا برای استخراج برخی از اطلاعات مفید از آن است.

این کار درواقع  یک نوع تبدیل سیگنال است  که ورودی  آن تصویر است، مانند ( ویدئوها  و عکس ها ) و خروجی ها ممکن است تصویر یا ویژگی های مرتبط با آن تصویر باشند.
امروزه با پیشرفت و توسعه سریع تکنولوژی، پردازش تصویر  کاربرد بیشتری در جنبه های مختلف کسب و کار و علوم مهندسی و علوم کامپیوتر از خود به نمایش گذاشته است.

 پردازش تصویر اساسا شامل سه مرحله زیر است:

۱) گرفتن تصویر با اسکنر های نوری یا با دوربین ها و حسگرهای دیجیتال.
۲) تجزیه و تحلیل و دستکاری تصویر ، شامل:  فشرده سازی داده ها ، ترمیم تصویر و استخراج اطلاعات خاص از تصویر توسط فرآیند پردازش تصویر.
۳) آخرین مرحله که در آن نتیجه خروجی می تواند تصویر یا گزارشی از اطلاعاتی که در مرحله تجزیه و تحلیل تصویر در مرحله قبل بدست آمد، باشد.

عملیات اصلی در پردازش تصویر :

1. تبدیلات هندسی: همانند تغییر اندازه، چرخش و…
2. رنگ: همانند تغییر روشنایی، وضوح و یا تغییر فضای رنگ
3. ترکیب تصاویر: ترکیب دو یا چند تصویر
4. فشرده سازی پرونده: کاهش حجم تصویر
5. ناحیه بندی پرونده: تجزیهٔ تصویر به نواحی با معنی
6. بهبود کیفیت پرونده: کاهش نویز، افزایش کنتراست، اصلاح گاما و …
7. سنجش کیفیت تصویر
8. ذخیره سازی اطلاعات در تصویر
9. انطباق تصاویر

هدف از پردازش تصویر :

هدف از پردازش تصویر را می توان به ۴ گروه تقسیم کرد.

۱٫ تشدید تصویر و بهبود

۲٫ بازیابی تصویر

۳٫ اندازه گیری الگو

۴٫ تشخیص تصویر

 پردازش تصویر با نرم افزار MATLAB :

از جمله نرم افزار های قوی و توانمند در خصوص پردازش تصویر به نرم افزار متلب می توان اشاره کرد که دانستن دانش آن برای متخصصین گرایش های مختلف علوم مهندسی و پزشکی هر روز پررنگ تر می شود.

کاربردهای پردازش تصویر :

ابتدایی ترین کاربردهای پردازش تصاویر رقومی در دهه ۶۰ و۷۰ جنبه های نظامی و جاسوسی بود که باعث شد نیاز به تصاویر با کیفیت بالاتر بوجود آید. پس از آن مصارف دیگری برای تصاویر رقومی سطح زمین پیدا شد که کاربرد تصاویر چند طیفی (Multi Spectral)  در کشاورزی و جنگل داری از آن جمله است. همچنین با استفاده از تصاویر رقومی عملیاتهایی مثل کنکاش نفت در سرزمین های دور افتاده و یا ردیابی منابع آلودگی شهری از داخل دفتر کار متخصصین آنها انجام شد.

بزودی کاربردهای زمینی زیادتری برای پردازش تصاویر رقومی پیدا شد . از اواسط دهه ۷۰ تا اواسط دهه ۸۰ اختراع اسکنر ها ی CAT یا (Computerized Arial Topography )  و اسکنر های MRI یا (Magnetic Resonance Imagery ) پزشکی را متحول کردند. صنعت چاپ استفاده کننده بعدی بود. در اواخر دهه ۸۰ پردازش تصاویر رقومی وارد دنیای سرگرمی شد بطوریکه امروزه این نقش به امر عادی تبدیل شده است. بهمین ترتیب دنیای صنعت با روباتهایی که عملا می بینند یعنی در واقع با ظهور تکنولوژی Machine Vision  متحول شد و هنوز هم در حال تحول است.

هر ساله با سریعتر و ارزانتر شدن کامپیوتر ها و ایجاد امکان پخش تصاویر با استفاده از تکنولوژی ارتباطات، افراد بیشتری به این تصاویر دسترسی پیدا می کنند. کنفرانس های ویدئویی یک روش زنده برای انجام کسب و کار شده اند و کامپیوترها ی خانگی توانایی نمایش و مدیریت تصاویر را به خوبی پیدا کرده اند. خوشبختانه با بالاتر رفتن سرعت پردازش و فضای حافظه کامپیوترها دیگر از بابت امکانات پردازش تصاویر نگرانی ها کمتر شده است و روز به روز این روند رو به رشد ادامه پیدا می کند.

با استفاده از پردازش تصویر، شمارش و اندازه گیری اشیا، تشخیص عیوب، تشخیص ترک، دسته بندی اشیا و عملیات بیشمار دیگری را انجام می‌دهند:

۱٫         اندازه گیری و کالیبراسیون

۲٫         جداسازی پینهای معیوب

۳٫         بازرسی لیبل و خواندن بارکد

۴٫         بازرسی عیوب چوب

۵٫         بازرسی قرص و بلیسترها

۶٫         بازرسی و دسته بندی

۷٫         درجه بندی و دسته بندی کاشی

۸٫         بازرسی و درجه بندی میوه

۹٫         بازرسی عیوب ورق های فلزی، پلیمری و …

۱۰٫       بازرسی لوله ها

۱۱٫       میکروسکوپ های دیجیتال

۱۲٫       اسکن سه بعدی

۱۳٫       بازرسی کمی بطری ها

۱۴٫       هدایت روبات ها

کاربرد پردازش تصویر در اتوماسیون صنعتی 

با استفاده از تکنیکهای پردازش تصویر می‌توان دگرگونی اساسی در خطوط تولید ایجاد کرد. بسیاری از پروسه‌های صنعتی که تا چند دهه پیش پیاده سازیشان دور از انتظار بود، هم اکنون با بهرگیری از پردازش هوشمند تصاویر به مرحله عمل رسیده‌اند. از جمله منافع کاربرد پردازش تصویر به شرح زیر است.

• افزایش سرعت و کیفیت تولید
• کاهش ضایعات
• اصلاح روند تولید
• گسترش کنترل کیفیت

منبع

تعریف پردازش تصویر:

پردازش تصویر روشی برای تبدیل یک تصویر به صورت دیجیتال و انجام برخی از عملیات بر روی آن، به منظور دریافت یک تصویر بهبود یافته و یا برای استخراج برخی از اطلاعات مفید از آن است.

تاریخچه:

در اوايل دهه 60 سفينه فضايي رنجر 7 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  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 1964 تاكنون، موضوع پردازش تصوير، رشد فراواني كرده است. علاوه بر برنامه تحقيقات فضايي، اكنون از فنون پردازش تصوير، در موارد متعددي استفاده مي شود. 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، نشانه گذاری می کنند. 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 شناسی برای تصویربرداری سه بعدی از اجسام و فسیل ها مورد استفاده قرار می گیرد. در موزه های 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. كاربردهاي موفق ديگري از پردازش تصوير را نيز مي توان در نجوم، زيست شناسي، پزشكي هسته ای، صنعت بيان كرد. پردازش تصویر در صنایع مختلف از جمله صنايع هوافضا،صنایع بسته‌بندي و چاپ، صنايع خودرو، داروسازي و پزشكي، صنايع الكترونيك، صنايع غذايي، صنایع فولاد، آلومينيوم، مس و …،صنایع سلولوزي(كاغذ، مقوا، كارتن)، صنایع لوله، پروفيل فلزي، لوله پليمري و كابل، صنایع منسوجات (پارچه، موكت، فرش و بافته‌هاي صنعتي)، صنایع كاشي، سراميك کاربردهای فراوانی دارد.

پردازش تصویر اساسا شامل سه مرحله زیر است.

• • گرفتن تصویر با اسکنر های نوری یا با دوربین ها و حسگرهای دیجیتال.

• •  تجزیه و تحلیل تصویر که شامل فشرده سازی اطلاعات، بهبود تصویر، تشخیص الگوها

•  آخرین مرحله خروجی است که می تواند تصویر یا گزارش باشد که از نتیجه تجزیه و تحلیل تصویر حاصل شده است.

هدف از پردازش تصویر

هدف از پردازش تصویر را می توان به 4 گروه تقسیم کرد.

1. تشدید تصویر و بهبود

2. بازیابی تصویر

3. اندازه گیری الگو

4. تشخیص تصویر

انواع پردازش تصویر

دو نوع از روش های مورد استفاده برای پردازش تصویر پردازش تصویر آنالوگ و دیجیتال می باشد.  تکنیک های بصری  آنالوگ از پردازش تصویر را برای نسخه های سخت مانند چاپ و عکس استفاده می شود و پردازش تصویر دیجیتال که امروز بیشتر شناخته شده است دارای کاربردهای متعددی از تجزیه و تحلیل تصاویر ماهوارهای تا کنترل ابعادی قطعات میکروسکوپی می باشد.

ماشین بینایی و پردازش تصویر در اتوماسیون صنعتی

کنترل ماشین آلات و تجهیزات صنعتی یکی از وظایف مهم در فرآیندهای تولیدی است. بکارگیری کنترل خودکار و اتوماسیون روزبه روز گسترده تر شده و رویکردهای جدید با بهره گیری از تکنولوژی‌های نو امکان رقابت در تولید را فراهم می‌سازد. لازمه افزایش کیفیت و کمیت یک محصول، استفاده از ماشین آلات پیشرفته و اتوماتیک می‌باشد. ماشین آلاتی که بیشتر مراحل کاری آنها به طور خودکار صورت گرفته و اتکای آن به عوامل انسانی کمتر باشد. امروزه استفاده از تکنولوژی ماشین بینایی و تکنیک‌های پردازش تصویر کاربرد گسترده‌ای در صنعت پیدا کرده‌است و کاربرد آن بویژه در کنترل کیفیت محصولات تولیدی، هدایت روبات و مکانیزم‌های خود هدایت شونده روز به روز گسترده تر می‌شود.

عدم اطلاع کافی مهندسین از تکنولوژی ماشین بینایی و عدم آشنایی با توجیه اقتصادی بکارگیری آن موجب شده‌است که در استفاده از این تکنولوژی تردید و در بعضی مواقع واکنش منفی وجود داشته باشد. علی رغم این موضوع، ماشین بینایی روز به روز کاربرد بیشتری پیدا کرده و روند رشد آن چشمگیر بوده‌است. عملیات پردازش تصویر در حقیقت مقایسه دو مجموعه عدد است که اگر تفاوت این دو مجموعه از یک محدوده خاص فراتر رود، از پذیرفتن محصول امتناع شده و در غیر این‌صورت محصول پذیرفته می‌شود. در زیر پروژه‌هایی که در زمینه پردازش تصاویر پیاده سازی شده‌است، توضیح داده می‌شود. این پروژه‌ها با استفاده از پردازش تصویر، شمارش و اندازه گیری اشیا، تشخیص عیوب، تشخیص ترک، دسته بندی اشیا و عملیات بیشمار دیگری را انجام می‌دهند:

1.         اندازه گیری و کالیبراسیون

2.         جداسازی پینهای معیوب

3.         بازرسی لیبل و خواندن بارکد

4.         بازرسی عیوب چوب

5.         بازرسی قرص و بلیسترها

6.         بازرسی و دسته بندی

7.         درجه بندی و دسته بندی کاشی

8.         بازرسی و درجه بندی میوه

9.         بازرسی عیوب ورق های فلزی، پلیمری و …

10.       بازرسی لوله ها

11.       میکروسکوپ های دیجیتال

12.       اسکن سه بعدی

13.       بازرسی کمی بطری ها

14.       هدایت روبات ها