پردازش تصویر

پردازش تصویر

اسلاید 1: پردازش تصويراستاد ارجمند : سركار خانم نريمي‌سايي تهيه كننده : پرهام سليمي

اسلاید 2: فهرست مطالبخلاصهمقدمه تاريخچه پردازش تصويرعمليات اصلي در پردازش تصويرفشرده‌سازي تصاويرروش JPEG روش MPEG روش MP3 روش MPEG2 روش MPEG 4 تصاوير رقومي(ديجيتالي)مقادير پيکسلهادقت تصويرروش‌هاي پردازش تصاويرترميم تصوير(Image restoration)نواري شدن(باندي شدن)خطوط از جا افتادهبالا بردن دقت عکس و هيستوگرام تصويرافزايش تباين از طريق کشيدن و امتداد آنکاربرد پردازش تصوير در زمينه‌هاي مختلفاتوماسيون صنعتيماشين بينايي و پردازش تصوير در اتوماسيون صنعتيکاليبراسيون و ابزار دقيقحمل و نقلصنعتهواشناسيشهرسازيکشاورزيعلوم نظامي و امنيتينجوم و فضا نوردي پزشکي فناوري‌هاي علمي باستان شناسي تبليغاتسينمااقتصادروانشناسيزمين شناسي‌كاربرد پردازش تصوير در رنگ سنجي مواد غذايينتيجه گيري منابع

اسلاید 3: خلاصهدر هر سيستمي و با هر عملکردي براي تصميم گيري به داده هاي ورودي احتياج داريم. اين ورودي ها ميتوانند از يک سنسور صوتي, سنسور فاصله سنج , سنسور مادون قرمز , ميکروفن و با تصاوير ارسالي از يه دوربين باشد.امروزه پردازش تصوير بهترين ابزار براي استخراج ويژگي ها و تحليل موقعيت و در نهايت تصميم گيري صحيح مي باشد. در مورد انسان نيز به همين صورت است, اطلاعات از طريق چشم به مغز ارسال مي شوند و مغز با پردازش اين اطلاعات تصميم نهايي را گرفته و فرمان را صادر مي کند.هدف از پردازش تصوير پياده سازي عملکرد ذهن انسان در قبال داده ها و انجام پردازش هاي خاصي براي استخراج ويژگي مورد نياز براي رسيدن به هدف از پيش تعيين شده مي باشد.

اسلاید 4: مقدمهپردازش تصاوير (به انگليسي: Image processing) امروزه بيشتر به موضوع پردازش تصوير ديجيتال گفته مي‌شود که شاخه‌اي از دانش رايانه است که با پردازش سيگنال ديجيتال که نماينده تصاوير برداشته شده با دوربين ديجيتال يا پويش شده توسط پويشگر هستند سر و کار دارد.پردازش تصاوير داراي دو شاخه عمدهٔ بهبود تصاوير و بينايي ماشين است. بهبود تصاوير دربرگيرندهٔ روشهايي چون استفاده از فيلتر محوکننده و افزايش تضاد براي بهتر کردن کيفيت ديداري تصاوير و اطمينان از نمايش درست آنها در محيط مقصد(مانند چاپگر يا نمايشگر رايانه)است، در حالي که بينايي ماشين به روشهايي مي‌پردازد که به کمک آنها مي‌توان معني و محتواي تصاوير را درک کرد تا از آنها در کارهايي چون رباتيک و محور تصاوير استفاده شود. در معناي خاص آن پردازش تصوير عبارتست از هر نوع پردازش سيگنال که ورودي يک تصوير است مثل عکس يا صحنه‌اي از يک فيلم.خروجي پردازشگر تصوير ميتواند يک تصوير يا يک مجموعه از نشانهاي ويژه يا متغيرهاي مربوط به تصوير باشد.اغلب تکنيک‌هاي پردازش تصوير شامل برخورد با تصوير به عنوان يک سيگنال دو بعدي و بکاربستن تکنيک‌هاي استاندارد پردازش سيگنال روي آنها ميشود. پردازش تصوير اغلب به پردازش ديجيتالي تصوير اشاره ميکند ولي پردازش نوري و آنالوگ تصوير هم وجود دارند.اين مقاله در مورد تکنيک‌هاي کلي است که براي همه آنها به کار ميرود.

اسلاید 5: تاريخچه پردازش تصويراز سال 1964 تاكنون، موضوع پردازش تصویر، رشد فراوانی كرده است. علاوه بر برنامه تحقیقات فضایی، اكنون از فنون پردازش تصویر، در موارد متعددی استفاده می شود. گر چه اغلب این مسائل با هم نامرتبط هستند، اما عموما نیازمند روش هایی هستند كه قادر به ارتقای اطلاعات تصویری برای تعبیر و تحلیل انسان باشد. برای نمونه در پزشكی شیوه های رایانه ای Contrast تصویر را ارتقا می دهند یا این كه برای تعبیر آسانتر تصاویر اشعه ایكس یا سایر تصاویر پزشكی، سطوح شدت روشنایی را با رنگ، رمز می كنند. متخصصان جغرافیایی نیز از این روش ها یا روش های مشابه برای مطالعه الگوهای آلودگی هوا كه با تصویر برداری هوایی و ماهواره ای بدست آمده است، استفاده می كنند. در باستان شناسی نیز روش های پردازش تصویر برای بازیابی عكس های مات شده ای كه تنها باقی مانده آثار هنری نادر هستند، مورد استفاده قرار می گیرد. در فیزیك و زمینه های مرتبط، فنون رایانه ای بارها تصاویر آزمایش های مربوط به موضوعاتی نظیر پلاسماهای پرانرژی و تصاویر ریزبینی الكترونی را ارتقا داده اند. كاربردهای موفق دیگری از پردازش تصویر را نیز می توان در نجوم، زیست شناسی، پزشكی هسته ای، اجرای قانون، دفع و صنعت بیان كرد.در اوایل دهه 60 سفینه فضایی رنجر 7 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 (JPL) Jet Propulsionقرار داده شد.  بدین ترتیب زمینه تخصصی پردازش تصاویر رقومی آغاز گردید و مثل تمام تکنولوژی های دیگر سریعاً استفاده های متعدد پیدا کرد.

اسلاید 6: عمليات اصلي در پردازش تصويرتبديلات هندسي: همانند تغيير اندازه، چرخش و... رنگ: همانند تغيير روشنايي، وضوح و يا تغيير فضاي رنگ ترکيب تصاوير : ترکيب دو و يا چند تصوير فشرده سازي تصوير : کاهش حجم تصوير قطعه بندي تصوير : تجزيهٔ تصوير به قطعات با معني تفاوت تصاوير : به دست آوردن تفاوت‌هاي تصوير ميانگين گيري : به دست آوردن تصوير ميانگين از دو تصوير

اسلاید 7: فشرده‌سازي تصاويربراي ذخيره‌سازي تصاوير بايد حجم اطلاعات را تا جايي که ممکن است کاهش داد و اساس تمام روش‌هاي فشرده‌سازي کنار گذاردن بخش‌هايي از اطلاعات و داده‌ها است.ضريب يا نسبت فشرده‌سازي است که ميزان و در صد کنار گذاشتن اطلاعات را مشخص ميکند. اين روش ذخيره‌سازي و انتقال اطلاعات را آسان‌تر مي‌کند و پهناي‌باند و فرکانس مورد نياز کاهش مي‌يابد.امروزه روش‌هايي متعدد و پيشرفته براي فشرده‌سازي وجود دارد. فشرده‌سازي تصوير از اين اصل مهم تبعيت مي‌کند که چشم انسان حد فاصل دو عنصر تصويري نزديک به هم را يکسان ديده و تمايز آنها را نمي‌تواند تشخيص دهد. همچنين اثر نور و تصوير براي مدت زمان معيني در چشم باقي مانده و از بين نمي‌رود که اين ويژگي در ساخت تصاوير متحرک مورد توجه بوده‌است.

اسلاید 8: روش JPEG نام اين فرمت در واقع مخفف کلمات JOINT PHOTOGRAPHIC EXPERT GROUP است. از اين روش در فشرده‌سازي عکس و تصاوير گرافيکي ساکن استفاده ميشود JPEG اولين و ساده‌ترين روش در فشرده‌سازي تصوير است به همين دليل در ابتدا سعي شد براي فشرده‌سازي تصاوير متحرک مورد استفاده قرار گيرد. براي اين منظور تصاوير به صورت فريم به فريم مانند عکس فشرده مي‌شدند وبا ابداع روش MOTION JPEG براي ارتباط دادن اين عکس‌ها به هم تلاش شد که با مشکلاتي همراه بود.

اسلاید 9: روش MPEG نام اين فرمت مخفف عبارت MOVING PICTURE EXOERT GROUP است. اين روش در ابتداي سال ۹۰ ابداع شد و در آن اطلاعات تصوير با سرعت حدود ۵/۱ مگابيت بر ثانيه انتقال پيدا ميکرد که در تهيه تصاوير ويدئويي استفاده مي‌شد. با اين روش امکان ذخيره حدود ۶۵۰ مگابايت اطلاعات معادل حدود ۷۰ دقيقه تصوير متحرک در يک ديسک به وجود آمد. در MPEG بيت‌هاي اطلاعات به صورت سريال ارسال مي‌شوند و به همراه آنها بيت‌هاي کنترل و هماهنگ‌کننده نيز ارسال ميشوند که موقعيت و نحوه قرارگيري بيت‌هاي اطلاعاتي را براي انتقال و ثبت اطلاعات صدا و تصوير تعيين ميکند.

اسلاید 10: روش MP3 MP3 نيز روشي براي فشرده سازي اطلاعات صوتي به ويژه موسيقي است که از طريق آن حجم زيادي از اطلاعات صوتي در فضاي نسبتاً کوچکي ذخيره ميشود.روش MPEG2 در روش MPEG2 از ضريب فشرده‌سازي بالاتري استفاده ميشود و امکان دسترسي به اطلاعات ۳ تا ۱۵ مگابيت بر ثانيه‌است از اين روش در دي‌وي‌دي‌هاي امروزي استفاده مي‌شود در اينجا نيز هر فريم تصويري شامل چندين سطر از اطلاعات ديجيتالي است.

اسلاید 11: روش MPEG 4 از اين روش براي تجهيزاتي که با انتقال سريع يا کند اطلاعات سرو کار دارند استفاده ميشود. اين روش توانايي جبران خطا و ارائه تصوير با کيفيت بالا را دارد. مسئله خطا و جبران آن در مورد تلفن‌هاي همراه و کامپيوترهاي خانگي و لپ‌تاپ‌ها و شبکه‌ها از اهميت زيادي برخوردار است. در شبکه‌هاي کامپيوتري بايد تصوير براي کاربراني که از مودم‌هاي سريع يا کند استفاده مي‌کنند به خوبي نمايش داده شود، در چنين حالتي روش MPEG 4 مناسب است. از اين روش در دوربين‌هاي تلويزيوني نيز استفاده ميشود. ايده اصلي اين روش تقسيم يک فريم ويدئويي به يک يا چند موضوع است که مطابق قاعده خاصي کنار هم قرار ميگيرند مانند درختي که از روي برگ‌هاي آن بتوان به شاخه تنه يا ريشه آن دست يافت. هر برگ ميتواند شامل يک موضوع صوتي يا تصويري باشد. هر کدام از اين اجزا به صورت مجزا و جداگانه قابل کپي و يا انتقال هستند. اين تکنيک را با آموزش زبان مي‌توان مقايسه کرد.

اسلاید 12: همان‌طوري‌که در آموزش زبان کلمات به صورت مجزا و جداگانه قرار داده ميشوند و ما با مرتب کردن آن جملات خاصي مي‌سازيم و مي‌توانيم در چند جمله، کلمات مشترک را فقط يک‌بار بنويسيم و هنگام مرتب کردن آن‌ها به کلمات مشترک رجوع کنيم، در اينجا هم هر يک از اين اجزا يک موضوع خاص را مشخص مي‌کند و ما مي‌توانيم اجزا مشترک را فقط يک‌بار به کار ببريم و هنگام ساختن موضوع به آنها رجوع کنيم. هر يک از موضوعات هم مي‌توانند با موضوعات ديگر ترکيب و مجموعه جديدي را بوجود آورند. اين مسئله باعث انعطاف‌پذيري و کاربرد فراوان روش MPEG4 مي‌شود. براي مثال به صحنه بازي تنيس توجه کنيد. در يک بازي تنيس ميتوان صحنه را به دو موضوع بازيکن و زمين بازي تقسيم کرد زمين بازي همواره ثابت است بنا بر اين بعنوان يک موضوع ثابت همواره تکرار مي‌شود ولي بازيکن همواره در حال حرکت است و چندين موضوع مختلف خواهد بود. اين مسئله سبب کاهش پهناي باند اشغالي توسط تصاوير ديجيتالي ميشود. توجه داشته باشيد که علاوه بر سيگنال‌هاي مربوط به اين موضوعات سيگنال‌هاي هماهنگ کننده‌اي هم وجود دارند که نحوه ترکيب و قرارگيري صحيح موضوعات را مشخص مي‌کند.

اسلاید 13: تصاوير رقومي(ديجيتالي)تصاوير سنجش شده که از تعداد زيادي مربعات کوچک(پيکسل) تشکيل شده‌اند. هر پيکسل داراي يک شماره رقمي(Digital Number) ميباشد که بيانگر مقدار روشنايي آن پيکسل است. به اين نوع تصاوير، تصاوير رستري هم ميگويند.تصاوير رستري داراي سطر و ستون مياشند.

اسلاید 14: مقادير پيکسلهامقدار انرژي مغناطيسي که يک تصوير رقومي به هنگام تصوير برداري کسب ميکند، رقم‌هاي دوتايي(Digit binary) يا بيت ها(Bits) را تشکيل ميدهند که از قوه صفر تا ۲ ارزش گذاري شده‌است.هر بيت، توان يک به قوه ۲ (۱بيت=۲۱)ميباشد. حداکثر تعداد روشنايي بستگي به تعداد بيت‌ها دارد. بنابراين ۸ بيت يعني ۲۵۶ شماره رقومي که دامنه‌اي از ۰ تا ۲۵۵ دارد.به همين دليل است که وقتي شما تصوير رستري از گيرنده خاصي مانند TM را وارد [[نرم افزار]]ي ميکنيد تغييرات ميزان روشنايي را بين ۰ تا ۲۵۵ نشان ميدهد.

اسلاید 15: دقت تصويردقت تصوير بستگي به شماره پيکسل‌ها دارد.با يک تصوير ۲ بيتي، حداکثر دامنه روشنايي ۲۲ يعني ۴ ميباشد که دامنه آن از ۰ تا ۳ تغيير ميکند.در اين حالت تصوير دقت (تفکيک پذيري لازم) را ندارد.تصوير ۸ بيتي حداکثر دامنه ۲۵۶ دارد و تغييرات آن بين ۰ تا ۲۵۵ است.که دقت بالاتري دارد.

اسلاید 16: روش‌هاي پردازش تصاويريک هيستوگرام تصوير از يک تصوير T1 فيلتر شده از يک مغز، پردازش شده توسط نرم افزار مانگو. ۳ قلهٔ مشهود در اين نمودار ستوني متعلق به ماده سفيد، ماده خاکستري، و CSF (آب نخاع) ميباشند. دم سمت چپ متعلق به بقاياي جمجمه و چربي پس از حذف به روش پردازش (فيلترينگ)بدست آمده.

اسلاید 17: بيشتر تصاويري که توسط ماهواره‌ها يا رادار‌ها ثبت ميگردند، اختلالاتي در تصوير به وجود ميايد که به دليل خش ميباشد. دو اختلال مهم در تصاوير چند باندي، نواري شدن (Banding) و خطوط از جا افتاده ميباشد.روشهاي متعددي در پردازش تصوير بکار برده ميشوند. برخي از آنان در زير توضيح داده شده‌اند:ترميم تصوير(Image restoration)

اسلاید 18: اشتباهي که توسط سنسور گيرنده، در ثبت و انتقال داده‌ها روي ميدهد.و يا تغيير پيکسل در بين رديف‌ها ميتواند باعث ايجاد چنين اشتباهي گردد.نواري شدن(باندي شدن)خطوط از جا افتادهاشتباهي که در ثبت و انتقال داده‌ها روي ميدهد و در نتيجه، يک رديف پيکسل در عکس از بين ميرود.

اسلاید 19: بالا بردن دقت عکس و هيستوگرام تصويريکي از کارهاي مهمي که در پردازش تصوير انجام ميگردد، بالا بردن دقت عکس به منظور ديد و تفسير چشمي دقيق تر ميباشد.روش‌هاي بسياري براي رسيدن به اين هدف وجود دارد ولي مهمترين آنها، افزايش تباين(Contrast) تصوير و عمليات فيلتر کردن ميباشد.در هر تصوير رقومي، مقادير پيکسل‌ها بيانگر خصوصيات آن تصوير(مانند ميزان روشنايي تصوير و وضوح آن) ميباشد.هيستوگرام تصوير در حقيقت بيان گرافيکي ميزان روشنايي تصوير ميباشد. مقادير روشنايي(براي مثال ۰-۲۵۵) در طول محور X بيان شده و ميزان فراواني هر مقدار در محور Y بيان ميگردد.تصوير ۸ بيتي(۰-۲۵۵) در بالا و هيستوگرام مقادير پيکسل تصوير در پايين. محور افقي بين ۰-۲۵۵ و محور قائم، تعداد پيکسل‌ها ميباشد.

اسلاید 20: افزايش تباين از طريق کشيدن و امتداد آنمعمولا دامنه مقادير پيکسل‌هاي تصاوير با هر بيتي (در اينجا مثلا ۸ بيت)، بين ۰-۲۵۵ نميباشد.و مثلا بين ۴۸ تا ۱۵۳ ميباشد. براي افزايش تباين، مقادير پيکسل‌ها را آنقدر امتداد ميدهيم تا ۴۸ به جاي ۰ و ۱۵۳ به جاي ۲۵۶ قرار گيرد. در نتيجه تباين وهمچنين کيفيت عکس بالا ميرود. به اين عمل کشش خطي گويند.مقادير پيکسل تصوير اصلي (در بالا) و تصوير کشيده شده (در پايين).

اسلاید 21: کاربرد پردازش تصوير در زمينه‌هاي مختلفامروزه با پيشرفت سيستمهاي تصوير برداري و الگوريتمهاي پردازش تصوير شاخه جديدي در کنترل کيفيت و ابزار دقيق به وجود آمده‌است.و هر روز شاهد عرضه سيستمهاي تصويري پيشرفته براي سنجش اندازه، کاليبراسيون، کنترل اتصالات مکانيکي، افزايش کيفيت توليدو........هستيم.

اسلاید 22: اتوماسيون صنعتيبا استفاده از تکنيکهاي پردازش تصوير مي‌توان دگرگوني اساسي در خطوط توليد ايجاد کرد. بسياري از پروسه‌هاي صنعتي که تا چند دهه پيش پياده سازيشان دور از انتظار بود، هم اکنون با بهرگيري از پردازش هوشمند تصاوير به مرحله عمل رسيده‌اند. از جمله منافع کاربرد پردازش تصوير به شرح زير است.افزايش سرعت و کيفيت تولي کاهش ضايعات اصلاح روند توليد گسترش کنترل کيفيت

اسلاید 23: ماشين بينايي و پردازش تصوير در اتوماسيون صنعتيکنترل ماشين آلات و تجهيزات صنعتي يکي از وظايف مهم در فرآيندهاي توليدي است. بکارگيري کنترل خودکار و اتوماسيون روزبه روز گسترده تر شده و رويکردهاي جديد با بهره گيري از تکنولوژي‌هاي نو امکان رقابت در توليد را فراهم مي‌سازد. لازمه افزايش کيفيت و کميت يک محصول، استفاده از ماشين آلات پيشرفته و اتوماتيک مي‌باشد. ماشين آلاتي که بيشتر مراحل کاري آنها به طور خودکار صورت گرفته و اتکاي آن به عوامل انساني کمتر باشد. امروزه استفاده از تکنولوژي ماشين بينايي و تکنيک‌هاي پردازش تصوير کاربرد گسترده‌اي در صنعت پيدا کرده‌است و کاربرد آن بويژه در کنترل کيفيت محصولات توليدي، هدايت روبات و مکانيزم‌هاي خود هدايت شونده روز به روز گسترده تر مي‌شود.

اسلاید 24: عدم اطلاع کافي مهندسين از تکنولوژي ماشين بينايي و عدم آشنايي با توجيه اقتصادي بکارگيري آن موجب شده‌است که در استفاده از اين تکنولوژي ترديد و در بعضي مواقع واکنش منفي وجود داشته باشد. علي رغم اين موضوع، ماشين بينايي روز به روز کاربرد بيشتري پيدا کرده و روند رشد آن چشمگير بوده‌است. عمليات پردازش تصوير در حقيقت مقايسه دو مجموعه عدد است که اگر تفاوت اين دو مجموعه از يک محدوده خاص فراتر رود، از پذيرفتن محصول امتناع شده و در غير اين‌صورت محصول‌ پذيرفته مي‌شود. در زير پروژه‌هايي که در زمينه پردازش تصاوير پياده سازي شده‌است، توضيح داده مي‌شود.

اسلاید 25: . اين پروژه‌ها با استفاده از پردازش تصوير، شمارش و اندازه گيري اشيا، تشخيص عيوب، تشخيص ترک، دسته بندي اشيا و عمليات بيشمار ديگري را انجام مي‌دهند:اندازه گيري و کاليبراسيون جداسازي پينهاي معيوب بازرسي ليبل و خواندن بارکد بازرسي عيوب چوب بازرسي قرص بازرسي و دسته بندي زعفران درجه بندي و دسته بندي کاشي بازرسي ميوه

اسلاید 26: کاليبراسيون و ابزار دقيقاندازه گيري دقيق و سنجش فواصل کوچک يکي از دغدغه‌هاي اصلي در صنايع حساس مي‌باشد.دوربينهاي با کيفيت امکان کاليبراسيون با دقت بسيار بالا در حد ميکرون را فراهم آورده‌اند.حمل و نقلتشخيص شماره پلاک خودرو نرم افزار شمارش خودروهاي عبوري از عرض خيابان

اسلاید 27: بي شک يکي از مؤثر ترين مولفه‌ها در مديريت و برنامه ريزي دسترسي به آمار دقيق مي‌باشد. درصورت وجود آمار دقيق و سريع مي‌توان از روشهاي کنترل بهينه استفاده کرد و بهره وري را افزايش داد. به عنوان مثال اگر آمار دقيقي از ميزان مصرف يک محصول غذايي وجود داشته باشد با برنامه ريزي مناسب مي‌توان زمينه توليد و عرضه اصولي آن را فراهم کرد. لذا احتمال نابساماني در بازار و متضرر شدن کشاورز و مصرف کننده کاهش مي‌يابد. چنان که بيان شد مهمترين فاکتور در برنامه ريزي دسترسي به آمار مناسب است اما تهيه آمار فرايند پيچيده و وقت گير است و معمولا هزينه زيادي را در بر دارد. به عنوان مثال به دلايلي از جمله کنترل ترافيک يا کنترل ميزان روشنايي خيابان بايد خودروهاي عبوري از خيابان شمارش شوند. اين کار اگر به صورت دستي يا انساني انجام شود، هزينه زيادي نياز دارد، امکان سهل انگاري انساني نيز وجود دارد پس استفاده از يک دستگاه مناسب که توانايي شمارش خودروهاي عبوري را داشته باشد تنها گزينه ممکن است. با توجه به نياز فوق نرم افزاري تهيه شده‌است که با استفاده از تصاوير گرفته شده از عرض خيابان خودروهاي عبوري را تشخيص ميدهد و تعداد آنها را شمارش مي‌کند. اين نرم افزار امکان استفاده در روز يا شب را دارا مي‌باشد.

اسلاید 28: صنعتامروزه کمتر کارخانه پيشرفته‌اي وجود دارد که بخشي از خط توليد آن توسط برنامه‌هاي هوشمند بينايي ماشين کنترل نشود. خطاي بسيار کم، سرعت زياد، هزينه نگهداري بسيار پايين، عدم نياز به حضور اپراتور 24 ساعته و خيلي مزاياي ديگر باعث شده که صنايع و کارخانه‌ها به سرعت به سمت پردازش تصوير و بينايي ماشين روي بياورند. دستگاهي ساخته شده که قادر است کيک‌هاي پخته را از کيک‌هايي که نياز به پخت مجدد دارند، تشخيص دهد و آنها را به صورت اتوماتيک به بسته بندي بفرستد و کيک‌هايي که نياز به پخت دارند را دوباره براي پختن ارسال کند.يکي ديگر از دلايل استفاده از بينايي ماشين قابليت ديدن و اندازه گيري محصولاتي است که ديدن يا اندازه گيري آنها با چشم غير مسلح غير ممکن است. عناصر تشکيل دهنده يک سيستم بينايي ماشين نرم افزار هوشمند بينايي است که ورودي خود را از دوربين‌هاي نصب شده در بخش‌هاي مختلف خط توليد مي‌گيرد و بر اساس تصاوير دريافتي دستورات لازم براي کنترل ماشين‌هاي صنعتي را صادر مي‌کند. پردازش تصوير در تشخيص دماي کوره‌هايي که هيچ وسيله ي مکانيکي و الکترونيکي تحمل دماي آنها را ندارد، کاربرد دارد. دوربين‌هاي حرارتي مي‌توانند مشکل بخشي از سازه ي مورد نظر را تشخيص دهند.

اسلاید 29: هواشناسياز آنجايي که در علم هواشناسي تشخيص و پيش بيني آب و هوا اکثراً از طريق تصاوير هوايي و ماهواره‌اي انجام مي‌گيرد، پردازش تصوير در اين علم کاربرد زيادي دارد و دقت و سرعت پيش بيني آب و هوا و طوفان‌ها را بسيار بالا مي‌برد. جبهه‌هاي پرفشار، کم فشار، گردبادها و گرداب‌هاي بوجود آمده در سطح کره زمين را مي‌توان مشاهده کرد

اسلاید 30: شهرسازيبا مقايسه عکس‌هاي مختلف از سال‌هاي مختلف يک شهر مي‌توان ميزان گسترش و پيشرفت آن را مشاهده کرد.کاربرد ديگر پردازش تصوير مي‌تواند در کنترل ترافيک باشد. با گرفتن عکس‌هاي هوايي از زمين ترافيک هر قسمت از شهر مشخص مي‌شود.قبل از ساختن يک شهر مي‌توان آن را توسط کامپيوتر شبيه سازي کرد که به صورت دو بعدي از بالا و حتي به صورت سه بعدي از ديد‌هاي مختلف، يک شهرک چطور ممکن است به نظر برسد. تصاوير ماهواره‌اي که از شهرها گرفته مي‌شود، مي‌تواند توسط فيلترهاي مختلف پردازش تصوير فيلتر شود و اطلاعات مختلفي از آن استخراج شود. به طور مثال اين که شهر در چه قسمت‌هايي داراي ساختمان ها، آب‌ها يا راه‌هاي بيشتري است و همين طور مي‌توان جاده‌هايي که داخل يا خارج از شهر کشيده شده‌اند را تحليل کرد.

اسلاید 31: کشاورزياين علم در بخش کشاورزي معمولاً در دو حالت کاربرد دارد. يکي در پردازش تصاوير گرفته شده از ارتفاعات بالا مثلاً از هواپيما و ديگري در پردازش تصاوير نزديک به زمين. در تصاوير دور به عنوان مثال مي‌توان تقسيم بندي اراضي را تحليل کرد. همچنين مي‌توان با مقايسه تصاوير دريافتي در زمان‌هاي متفاوت ميزان صدمات احتمالي وارد به محيط زيست را ديد. به عنوان مثال مي‌توان برنامه‌اي نوشت که با توجه به محل رودخانه‌ها و نوع خاک مناطق مختلف، به صورت اتوماتيک بهترين نقاط براي کشت محصولات مختلف را تعيين مي‌کند. تصاوير نزديک هم در ساخت ماشين‌هاي هرز چين اتوماتيک کاربرد دارد. امروزه ماشين‌هاي بسيار گران قيمت کشاورزي وجود دارند که مي‌توانند علف‌هاي هرز را از گياهان تشخيص بدهند و به صورت خودکار آنها را نابود کنند. براي مثال يکي از پروژه‌هاي جالب در بخش کشاورزي، تشخيص خودکار گل زعفران براي جداسازي پرچم قرمز رنگ آن بوده است. اين پردازش که توسط نرم افزار Stigma detection®انجام گرفته است.

اسلاید 32: علوم نظامي و امنيتيپردازش تصوير بخصوص بينايي هوشمند، کاربردهاي بسياري را در علوم نظامي و امنيتي دارند و اين کاربرد براي دولت اکثر کشورها بسيار مهم است. به عنوان مثال موشک هدايت شونده خودکاري وجود دارد که مي‌تواند روي در يک ساختمان قفل کند و حتي مي‌تواند به درز بين در و ديوار آن ساختمان که حساس ترين جاي ساختمان است به راحتي نفوذ کند. اين موشک به صورت اتوماتيک اين قسمت را شناسايي کرده و به سمت آن حمله مي‌کند.در مسائل امنيتي هم کاربرد پردازش تصوير کاملاً در زندگي ما مشهود است. دوربين‌هاي که به صورت اتوماتيک از ماشين‌هايي که تخلف رانندگي انجام مي‌دهند عکس برداري مي‌کند. از سيستم‌هاي امنيتي ديگر مي‌توان سيستم تشخيص اثر انگشت اتوماتيک را نام برد. در لپ تاپ‌هاي جديد قابليت finger print به آنها اضافه شده و مي‌تواند صاحب لپ تاپ را توسط اثر انگشت شناسايي کند.

اسلاید 33: کد امنيتي ديگري که هميشه همراه انسان حمل مي‌شود، چشم انسان است. دانشمندان ثابت کرده‌اند که پترن‌هاي (Pattern) موجود در مردمک چشم هر انسان منحصر به فرد است و هيچ دو فردي در دنيا وجود ندارند که پترن‌هايي که در مردمک چشم آنها وجود دارد دقيقاً مثل هم باشد. از همين روش براي شناخت افراد و سيستم‌هاي امنيتي استفاده مي‌شود. در کل اين خواص بيومتريک در انسان بسيار زياد است. عرض و طول صورت، فاصله بين انگشتان دست، طول و عرض انگشت ها، فاصله ي بندها از يکديگر و حتي خط‌هاي کشيده شده کف دست و هزاران خاصيت ديگر، تماماً خصوصياتي هستند که براي انسان‌ها منحصر به فرد هستند.دوربين‌هايي وجود دارند که به صورت ديد در شب، قادر هستند چيزهايي را که ما نمي بينيم، ببينند و پردازش کنند.اسلحه‌هاي خودکاري ساخته شده‌اند که به صورت اتوماتيک و دقيق نشانه گيري مي‌کنند. پردازش تصوير همينطور با پردازش تصاوير گرفته شده از فاصله‌هاي دور هم مي‌تواند در علوم نظامي و امنيتي کمک کند.به عنوان مثال دوربيني قادر است با سرعت بسيار زياد يک توپ را دنبال کند.اين مسئله کاربرد بسيار زيادي در مسائل نظامي دارد.

اسلاید 34: نجوم و فضا نوردي ساخت دستگاه‌هاي اتوماتيک رصد آسمان و ثبت وقايع آسماني به صورت خودکار از کاربردهاي پردازش تصوير است که امروزه روي آن کار مي‌شود. از پروژه‌هاي جديد در بخش نجوم که بخشي از آن توسط سيستم پردازش تصوير انجام مي‌شود، تهيه نقشه سه بعدي از کل عالم کائنات است !پردازش تصوير در فضانوردي هم کاربرد زيادي دارد. در تصاوير دور مي‌توان سطح سيارات و همچنين سطح قمرها را اسکن کرده و اطلاعات بسيار ريزي از آنها استخراج کنيم. کاربرد ديگر پردازش تصوير در فيلتر کردن عکس‌هايي است که توسط تلسکوپ‌هاي فضايي مختلف از جمله هابل (Hubble Space Telescope)، از فضا گرفته مي‌شود. کاربرد ديگر آن حذف گرد و خاک و جو سياره‌ها از تصاوير به کمک تصويربرداري IR و X-RAY به صورت همزمان و ترکيب اين تصاوير است.

اسلاید 35: در تصاوير نزديک هم کاربرد دارد، از جمله هدايت مريخ نوردها، فرود فضاپيماهاي بدون سرنشين و الصاق تجهيزات جديد به ايستگاههاي فضايي به صورت خودکار. از امکانات سايت گوگل، امکاناتي است به نام Google Mars که اين برنامه دقيقاً مانند Google Earth عمل مي‌کند با اين تفاوت که Google Earth سطح زمين را در هر زمان که بخواهيد و در هر نقطه‌اي از زمين و از ارتفاع‌هاي بسيار پائين هم نشان مي‌دهد ولي Google Mars دقيقاً همين کار را براي سطح سياره مريخ انجام مي‌دهد.

اسلاید 36: پزشکي يکي از مهمترين کاربردهاي پردازش تصوير در علم پزشکي است. در جايي که ما نياز داريم تمام عکس‌ها با نهايت شفافيت و وضوح گرفته شوند زيرا ديدن تمام جزئيات لازم است. جراحي‌هاي ريز microsurgery با ايجاد يک سوراخ کوچک و فقط ديدن محل جراحي توسط پزشک، از راه دور و توسط بازوهاي رباتيک بسيار دقيق انجام مي‌شوند.

اسلاید 37: فناوري‌هاي علمي پردازش تصوير در افزايش سرعت پيشرفت‌هاي علمي تأثير فوق العاده داشته است. اولين و مشخص ترين تأثير آن را مي‌توان در علم عکاسي يا هنر ديد. شکار لحظه‌هاي شگفت آوري که در کسري از ثانيه اتفاق مي‌افتد، بالا بردن وضوح عکس‌هاي گرفته شده و ايجاد افکت‌هاي خيره کننده، از دستاوردهاي پردازش تصوير است. همچنين در توسعه تکنولوژي پيشرفته gps (Global Positioning Systems) کمک زيادي داشته و تهيه نقشه‌هاي سه بعدي از جاده‌ها در تمام نقاط جهان، از کاربردهاي ديگر آن است. با به وجود آمدن اين علم، مسابقات ربات‌هاي فوتباليست به صورت جدي دنبال شد.اين علم در پيشرفت علوم پايه فيزيک ، شيمي و مخصوصاً تحقيقات فيزيکي و مکانيکي، کمک فراواني کرده است. به عنوان مثال وسيله‌اي براي حمل و نقل کالاها در مسيرهاي صعب العبور ساخته شده است. قبل از ساخت آن، رفتار چهارپايان در حالت‌هاي مختلف توسط کامپيوتر تحليل و عيناً به دستگاه آموزش داده شده است.در کل پردازش تصاوير به علت سرعت زياد آن، در ساخت وسايل مکانيکي پر سرعت، کاربرد زيادي دارد. وسيله‌اي وجود دارد که قادر است ، توپي که با سرعت بسيار زياد به سمت پائين مي‌آيد را مهار کند.

اسلاید 38: باستان شناسي در علم باستان شناسي تنها مدارک باقي مانده از دوران باستان، دست نوشته ها، نقاشي‌ها و غارنگاري‌هاي قديمي است. تهيه تصاوير از بناهاي گذشته و بازسازي مجازي اين بناهاي تاريخي يکي از کاربردهاي پردازش تصوير در اين علم است. همچنين مي‌توان نقاشي‌ها و غارنگاري‌ها را مورد پردازش دقيق قرار داد و شکل آنها را همان طور که در ابتدا بوده اند، شبيه سازي کرد. حتي مي‌توان مکانهاي باستاني را از زوايايي که تصاوير مستندي از آنها وجود ندارد، شبيه سازي کرد.امروزه يکي از پروژه‌هاي پر سر و صداي بازسازي بناهاي باستاني، بازسازي شهر روم باستان توسط دانشمندان ايتاليايي است. هم اکنون توريست‌ها با زدن عينک‌هاي مخصوص مي‌توانند در خيابان‌هاي شهر روم باستان قدم بزنند.

اسلاید 39: تبليغاتاز مقايسه تبليغات دهه ي 70 و 80 ميلادي با تبليغات امروزي مي‌توان تأثير تکنولوژي را در تبليغات کاملاً درک کرد. تغيير شکل تبليغات از اشکال مربع و زاويه دار به شکل‌هاي دايره اي، تغيير رنگ تبليغات و هزاران تغيير ديگر. يکي از مهمترين فاکتورهاي فروش و دلايل بالا رفتن يا پايين آمدن فروش، شکل و نحوه ي بسته بندي کالاست. پردازش تصوير مي‌تواند به ما کمک کند تا قبل از توليد يک بسته بندي آن را شبيه سازي کنيم. با ادغام کردن علم الگوريتم ژنتيک با پردازش تصوير مي‌توان برنامه‌اي را نوشت که به صورت اتوماتيک به ساختن بسته بندي‌هاي مختلف بپردازد و آنهايي که از نظر کاربران زيباتر و جالب تر به نظر خواهند آمد را به ما معرفي نمايد.

اسلاید 40: سينمااولين علمي که پردازش تصوير در آن مورد استفاده قرار گرفت، هنر و سينما بود. يکي از تکنولوژي‌هاي برتر دنيا motion capture است که در آن يک کاراکتر انيميشني قادر است حرکات دست انسان را تقليد کند. امروزه اين سيستم جهت ساخت فيلم‌ها و بازي‌هاي کامپيوتري مورد استفاده قرار مي‌گيرد.در پردازش تصوير قابليتي به نام هيستوگرام (Histogram) وجود دارد که با آن قادرند تصاوير را شفاف يا تيره تر کرده و يا هر تغيير مورد نياز ديگري را روي تصاوير با توجه به منحني‌ها و نمودارهاي هيستوگرام بدهند.در سينما براي اينکه تصويري شفاف به نظر آيد، با استفاده از يک کره ي نقره‌اي رنگ، تصاوير اطراف دوربين را هم ثبت مي‌کنند. بنابراين تصوير نسبت به محيط اطراف خود شفافيت غير قابل تصوري پيدا مي‌کند.

اسلاید 41: اقتصاددر دنياي امروز تمام نوآوري ها، به نوعي مستقيم يا غير مستقيم باعث تغييراتي در اقتصاد گروهي از کشورها و يا کل دنيا مي‌شوند. پردازش تصوير هم، به صورت مستقيم و غير مستقيم در اقتصاد تأثير گذار است. در تبليغات، سياست، فضانوردي، کشاورزي، شهرسازي، سينما، پزشکي و علوم نظامي مي‌تواند تأثير غير مستقيمي در اقتصاد کشورها داشته باشد. همچنين از تأثير مستقيم آن در اقتصاد، مي‌توان به وجود شعبه‌هاي بانک بدون کارمند اشاره کرد. اين شعبه‌ها قادرند به صورت خودکار سريال چک‌ها و قبوض پرداختي را بخوانند، نوع اسکناس‌ها را تشخيص دهند و تا حد زيادي از کارهاي يک بانک عادي را انجام دهند.

اسلاید 42: روانشناسيبحث تاثير رنگ در روحيه انسان اهميت بسيار زيادي دارد به طوري که در روانشناسي گرايشي به نام روانشناسي رنگ وجود دارد. در اين علم در مورد رنگ‌ها و تأثير هر يک بر روح و جسم انسان صحبت مي‌شود. به عنوان مثال رنگ قرمز بيشتر تأثير را در چشم انسان دارد. در حالي که رنگ سبز بيشترين تأثير را در مغز انسان دارد. همچنين رنگ آبي باعث ايجاد حس آرامش و اطمينان در انسان مي‌شود. به همين دليل در سخنراني‌هاي اکثر سياستمداران دنيا از پرده آبي رنگ در پشت سر آن‌ها استفاده مي‌شود.با پردازش تصوير مي‌توان به راحتي تصاوير ثابت و متحرک را ويرايش کرد. به طور مثال رنگ آبي را براي ايجاد حس اطمينان يا رنگ سبز را براي حس زيبايي و قرمز را براي ايجاد هيجان در تصاوير پر رنگ تر کرد.

اسلاید 43: زمين شناسي‌با پردازش تصوير مي‌توان کاني‌هاي مختلف را از روي رنگ و اندازه آن‌ها شناسايي و دسته بندي کرد. همچنين در زمين شناسي براي پي بردن به مواد تشکيل دهنده کاني‌ها از روش پرتونگاري ((tomography استفاده مي‌کنند و پردازش تصوير در اين بخش مي‌تواند سرعت و دقت اين روش را بسيار بالا ببرد. کاربرد ديگر آن اين است که دانشمندان با مقايسه کردن ارتفاع آب در سال‌هاي مختلف، در واقع روند تند شدن يا کند شدن کاهش آّب در سطح زمين را مورد بررسي قرار مي‌دهند.

اسلاید 44: كاربرد پردازش تصوير در رنگ سنجي مواد غذاييمحاسبات نرم و پردازش تصوير از راهكارهاي مهم در تحقق هوشمندي سيستم ها مي‌باشند كه در اين تحقيق پردازش تصوير و پتانسيل كاربردي آن در صنايع غذايي مورد بررسي قرار گرفته است . علاقه به روش هاي پردازش تصوير رقمي از دو محدود كاربردي اصلي منشا مي گيرد كه عبارتنداز : بهبود اطلاعات تصويري به منظور تعبير انساني و پردازش داده هاي صحنه براي ادراك ماشيني مستقل .با افزايش آگاهي هاي مصرف كنندگان و پيچيدگي هاي تقاضاي آنها ، كاربرد روش‌هاي نوين كنترل كيفي اجتناب ناپذير مي باشد . كيفيت را مي توان مجموعه اي از ويژگي ها و صفات در نظر گرفت كه تلفيق آنها از ديدگاه مصرف كننده ، منجر به پذيرش محصول مي گردد . اساس ارزيابي كيفي ، عمدتاً ذهني بوده ، صفاتي نظير رنگ ، ظاهر ، آروما ، بافت و طعم توسط داوران مجرب موردبررسي قرار مي گيرند . ادراك كلي بشري به اساني دچار اشتباه مي شود . اين موضوع به همراه هزينه هاي داوري انساني ، عدم ثبات و تغيير اينگونه ارزيابي ها ، نياز به سيستم هاي ارزيابي عيني را اجتناب ناپذير ساخته است .

اسلاید 45: . اخيراً سيستم هاي ارزيابي خودكار ، عمدتا بر مبناي تكنولوژي رايانه ها براي ارزيابي هاي حسي محصولات كشاورزي مورد استفاده قرار مي گيرند كه اساس آنها راپردازش تصوير تشكيل مي دهد . رنگ سنجي در صنايع غذايي ، آزموني مهم و چالش برانگيز است ، چرا كه ماده غذايي معمولا ساختار رنگي غير يكنواختي دارد و در نتيجه رنگ سنجي آن دشوار مي باشد . از طرفي شبيه سازي رفتار مغز انسان د رمواجه با رنگ مواد غذايي دشواري خاصي دارد بنابراين كمي كردن پارامترهاي رنگي مواد غذايي از اهميت وپژه اي برخوردار است .از جمله روشهايي كه براي رنگ سنجي مواد غذايي به كار مي رود ، روشهاي دستگاهي ( نظير رنگ سنجي با هانتر لب ) و نيز آزمايشگاهي شيميايي مي باشند . در مواردي هم از آزمون حسي توسط داوران مجرب د ركنترل كيفيت محصولات غذايي و نيرتوليد فرمولاسيون هاي جديد استفاده مي شود .پس از خريداري پيتزا از يك پيتزا فروشي محلي در مشهد ( آيناز ) و نيز پيتزاهاي منجمد شركت رضوي و حرارت دادن انها در دو حالت ( با گريل و معمولي ) د رمايكروفر LG به مدت 5 دقيقه ، در تكرارهاي مختلف ، قطعات سانتي متري پيتزا انتخاب شده ، عمليات تصويري و آناليزهايي آماري روي آنها اعمال شد .

اسلاید 46: پس از تصوير گري از نرم افزار Photoshop جهت استخراج پارامترهاي رنگي از قطعات پيتزا استفاده شد . براي ارزيابي رابطه مولفه هاي رنگي و پذيرش كلي رنگ توسط مصرف كننده ، تعداد30 قطعه پيتزا در اختيار 6 داور مجرب قرارگرفت و از آنها خواسته شد كه به رنگ پيتزا امتيازي از 1 تا 5 بدهند . نتايج حاصل از اين پژوهش ، منجر به بدست آوردن پروفايل مولفه هاي رنگي قطعات پيتزا درخطوط 1 تا 4 ( به صورت 24 نمودار ) شد . بر روي اين داده ها آناليز آماري نيز صوت گرفت . همچنين مدل رگرسيون خطي چند متغيره با استفاده از نرم افزار Sigmasta بدست آمد كه رابطه بين مولفه هاي رنگي ( در فضاي L*a*b نرم افزار Photoshop) را با ميران پذيرش رنگ پيتزا توسط داوران مجرب نشان داد نتايح حاصل از اين پژوهش را مي توان به شرح ذيل خلاصه نمود : الف – رنگ سنجي با استفاده از پردازش تصوير ، حداقل براي كنترل كيفيت ، مي تواند به عنوان جايگزين روشهاي دستگاهي و شيميايي رنگ سنجي در صنايع غذايي مد نظر قرار بگيرد.

اسلاید 47: ب- در مواد غذايي با ساختار رنگي هتروژن ، نظير پيتزا ، كه پيچيدگي هاي آزمونهاي دستگاهي بيشتر مي شود ، پردازش تصوير امكانات مناسبي را در اختيار محققين قرار مي دهد .ج- نرم افزار Photoshopبه عنوان نرم افزاري عمومي ودر دسترس پتانسيل بالايي در پردازش تصوير دارد كه د راين پژوهش مورد توجه قرار گرفته است .1-بين فرمولاسيون و نوع فرآيند حرارتي و پذيرش رنگ مصرف كننده ، همبستگي زيادي وجودي دارد .ه- با تغيير پارامترهاي رنگي ، مي توان پذيرش رنگ توسط مصرف كنند گان را افزايش داد . و- در ميان مولفه هاي رنگي ، بيشترين رابطه بين پذيرش رنگ و ميزان L وجود دارد . ز- امكان شبيه سازي رفتار ذهن انسان د رمواجهه با رنگ مواد غذايي با استفاده از پردازش تصوير وجود دارد و به اين ترتيب ، رنگ سنجي به عنوان آزموني سوبژكتيو ، تبديل به روشي ابژكتيو خواهد شد.

اسلاید 48: نتيجه گيري رد پاي پردازش تصوير در بسياري از علوم و صنايع مشاهده مي‌شود و بعضي از اين کاربردها آنچنان به پردازش تصوير وابسته هستند که بدون آن، اساساً قابل استفاده نمي‌باشند. کاربرد پردازش تصوير در هر يک از زمينه‌هايي که بحث شد، بسيار گسترده است

اسلاید 49: منابع :مقدمه‌اي بر رياضيات کاربردي (انگليسي) آموزش پردازش تصوير ، اميرابراهيم دارابيپردازش تصوير ،عليرضا گلستانStrang, Gilbert (July ۱۹, ۲۰۰۵), Linear Algebra and Its Applications (۴th ed.), Brooks Cole, ISBN ۹۷۸-۰۰۳۰۱۰۵۶۷۸ Gonzalez, R. C., and Woods, R. E. (۲۰۰۲), Digital Image Processing (۲nd ed.), Prentice-Hall, Inc., ISBN ۰-۲۰۱-۱۸۰۷۵-۸