مفاهیم پایه در پردازش تصویر(جلسه ی اول)

در این پست مفاهیم پایه در پردازش تصویر  را ارائه خواهیم کرد. در بخش های آتی مطالب کامل تری درباره پردازش تصویر و کاربردهای آن بیان خواهیم کرد.

تصویر چیست؟

یک آرتیفکتی است که درک بصری را نشان می دهد(نتیجه به تصویر کشیده شدن درک بصری است).

 

تصویر دیجیتال چیست؟

تصویر دیجیتال توسط تجهیزات و دستگاههای مخصوص تصویربرداری ثبت می شود و برخلاف چشم انسان که تنها به طیف مرئی الکترومغناطیسی محدود می شود، ماشینهای تصویربردای تمام طیفهای الکترومغناطیسی را میتوانند تصویربرداری کنند. تصویری که توسط یک دستگاه ثبت میشود، تصویر دیجیتال نامیده میشود.  تصویر دیجیتال، نمایش عددی(باینری، رنگی، خاکستری) از یک تصویر است.

مثل تصاویرMRI، تصاویر الترواسوند، تصاویر CT، تصاویر PETو…

بسته به رزولوشن یک تصویر، می‌تواند از نوع رستری یا برداری باشد.

یک تصویر دیجیتال را در کامپیوتر به صورت یک تابع دوبعدی (f(x,y تعریف می کنند که در آن x و y هر مختصات مکانی در روی صفحه هستند و دامنه f به نام شدت روشنایی یا سطح خاکستری تصویر در آن نقطه نامیده می شود، هنگامی که x,y م مقادیر شدت روشنایی همگی کمیت های محدود گسسته باشند، به آن تصویر دیجیتال گفته میشود.

 

فرق بین تصویر رستری و تصویر برداری؟

مدل برداری (vector: در مدل برداری عوارض جهان واقعی بوسیله عناصر هندسی مثل نقطه، خط و سطح، نمایش داده می شوند و ذخیره داده در مدل برداری  به دو صورت منظم و نامنظم صورت میگیرد.

مدل رستری (raster: رستر شامل مجموعه ای از نقاط یا سلولهایی است که عوارض زمین را در یک شبکه منظم می پوشاند، به طوریکه کل سطح گرافیکی نقشه به شبکه ای از سلول های ریز و منظم که پیکسل نیز نامیده می شود، تقسیم میشود. پیکسل، یک موقعیت در سطح زمین است و فرمت رستری، یک آرایه m*n ازاین پیکسل هاست. هر لایه مجموعه ای از این پیکسل ها و مقادیر مربوط به آنهاست.

دو نوع تصویر وجود دارد، تصویر رستری و تصویر برداری. تصویر رستری توسط نرم افزاریهای مبتنی بر پیکسل یا با استفاده از اسکنر و دوربین ایجاد میشوند. و بسیار رایج هستند(از قبیل jpeg, png, gif) و به طور گسترده در وب استفاده می شوند.

تصاویر برداری توسط نرم افزارهای برداری ایجاد می شوند و برای تصاویری که روی محصولات فیزیکی اعمال میشوند رایج هستند.

 

در زیر نمونه ای از تصاویر رستری در مقابل تصاویر برداری را میتوانید ببینید.

 

 

تفاوت تصویر رستری و برداری به طور خلاصه بصورت زیر است:

تصویر برداریتصویر رستری
براساس خط، منحنی ها (محاسبات ریاضیاتی که اشکال را تشکیل می دهند)براساس پیکسل
نرم افزارهای برداری برای طراحی لوگو، نقشه های فنی و برای تصاویری که روی محصولات کشیده میشوند، بهترین هستندنرم افزارهای رستری برای ویرایش تصاویر و ایجاد تصاویر با رنگهای پیوسته با ترکیب رنگهای نرم بهترین هستند
بدون اینکه کیفیت خود را از دست بدهند در به هر اندازه ای میتواند تغییر مقیاس کرد.به طور بهنه نمیتوان سایز تصویر را تغییر داد. تصاویر باید در اندازه های مطلوب ایجاد یا اسکن شوند.
ابعاد بالاو تصاویر با جزئیات بالا معادل با اندازه بالا استبه روزلوشن وابسته نیست در هر اندازه ای میتوان پرینت گرفت
پرینت با تعداد رنگ کم سخت است تعداد رنگها را برای کاهش هزینه ها میتوان کم کرد

پیکسل چیست؟

کوچکترین عضو یک تصویر رستری است و هر تصویر رستری دیجیتال از تعداد محدودی پیکسل تشکیل شده است. در تصاویر دیجیتالی پیکسل ( Pixel)  کوچکترین جزء ساختاری (element) یک تصویر را گویند. پیکسل را بعضاً در مباحث مربوط به گرافیک و تصویر، نقطه نامیده و آن را کوچکترین بخش تشکیل دهنده تصویر نیز می‌خوانند. نمونه ی زیر، تصویری را نمایش می‌دهد (سمت چپ) که بخشی از آن به میزان قابل توجهی بزرگ شده (سمت راست). در این بخش، پیکسل‌های تشکیل‌دهنده تصویر به شکل مکعب‌های کوچکی قابل مشاهده‌اند.

پردازش تصویر دیجیتال چیست؟

پردازش تصویر، به استفاده از الگوریتهای کامپیوتری جهت اعمال تغییرات روی تصویر گفته می شود. در مقایسه با پردازش تصویر آنالوگ، روش‌های مبتنی بر پردازش تصویر دیجیتال دارای مزیت‌های متعددی هستند که از آن جمله می‌توان به توانایی استفاده از الگوریتم‌های متعدد و پیچیده و همچنین عدم افزودن نویز در هنگام پردازش تصویر اشاره کرد.

در پردازش تصویر، تسکهای زیر را میتوان روی تصاویر انجام دهیم:

  • کلاسبندی
  • ناحیه بندی
  • تجزیه و تحلیل سیگنال چندگانه
  • شناسایی الگو
  • تبدیلات

رزولوشن تصویر رستری(از این به بعد منظورمان از تصویر، تصویر رستری هست و تمام مباحثی که مطرح میکنیم برروی تصاویر رستری اعمال خواهیم کرد):

در زیر تعاریف مختلفی از رزولوشن براساس منابع مختلف قرار می دهیم. مطالعه کننده برای اطلاعات بیشتر میتواند به منبع مورد نظر رفته و به طور کامل مطالب را بخواند. رزولوشن به تعداد پیسکلهای موجود در یک تصویر برمیگردد و رزولوشن بعضی مواقع با ارتفاع و عرض یک تصویر و یا تعداد پیکسلهای کل تصویر تشخیص داده می شود.

 روزلوشن مکانی 

اندازه کوچکترین جزء یک تصویر است. به طور کمی رزولوشن مکانی را به شکلهای مختلف میتوان بیان کرد. رزولوشن با معیارهای مختلفی اندازه گیری میشود، جفتهای خط در واحد فاصله، نقطه ها(پیکسلها) در واحد فاصله مرسوم ترین روشهای اندازه گیری هستند.

وضوح تصویر، یا قدرت تفکیک‌پذیری تصویر ( Image resolution) 

در علوم تصویری به توانایی یک سیستم برای متمایزسازی جزئیات یک تصویر در یک سیگنال تصویری را گویند. اغلب این نوع رزولوشن به بزرگی یا کوچکی پیکسل‌های تصویر بستگی دارد، و می‌توان مقدار تفکیک‌پذیری تصویر را با یکای جفت خط بر واحد طول سنجید.

 

رزولوشن پیکسلی

اگر معیار ما برای رزولوشن، تعداد پیکسلها باشد، در تصویر زیر به راحتی میتوان مشاهده کرد که هرچقدر تعداد پیکسلها بیشتر باشد تصویر وضوح بیشتری خواهد داشت. ولی ممکن است تصویر تعداد پیکسلهای زیادی داشته باشد ولی رزولوشن مکانی خوبی نداشته باشد.

رزولوشن مکانی

در رادیولوژی به توانایی سیستم تصویربرداری در جدا کردن دو تا شی گفته می شود. تکنکیهای رزولوشن مکانی پایین در تفکیک دو شی ای که خیلی بهم نزدیک هستند، ناتوان هستند. و نمیتوانند بین دو شی تفکیکی قائل شوند.

اینکه تا چه حد میتوان دو خط را در یک تصویر از هم تفکیک کرد، روزلوشن مکانی تعیین می کند، و به خواص سیستم تصویر برداری وابسته است نه به تعداد پیسکلهای تصویر.

در زیر تصویر سمت چپ با اینکه تعداد پیکسلهای بیشتری نسبت به تصویر سمت راست دارد، ولی کیفیت و وضوج کمتری دارد. بنابراین تعداد پیکسلها شرط کافی برای محاسبه رزولوشن نیمتواند باشد. ولی شرط لازم است.

رزولوشن زمانی

بمعنی دقت اندازه گیری برحسب زمان اشاره دارد و  از آنجایی که یک ویدیو از فریمهای مختلفی تشکیل شده است هر چقدر تعداد فریمها بیشتر باشد، رزولوشن زمانی بالایی خواهیم داشت و حرکتهای اشیاء متحرک را بهتر نمایش خواهیم داد البته باید رزولوشن زمانی از سرعت حرکت اشیائ بیشتر باشد تا بتواند حرکات را دنبال کند. اگر تعداد فریمها خیلی بالا باشد، تصویر آهسته ای مشاهده خواهیم کرد، همانند صحنه های آهسته در فوتبال و  یک نکته جالب این است اگه رزولوشن زمانی با سرعت حرکت اشیائ یکی باشد، تصویر ایستایی خواهیم دید. زیرا تغییرات نمیتوانیم ببینیم.

 

 

اولین کانال آموزش رایگان دروس مربوط به رشته ی مهندسی پزشکی

لینک کانال

سوالات و دیدگاه خود را درباره ی این پست با ما درمیان بگذارید

 

 

3 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *