از آنجا که کاربردهای پردازش تصویر دیجیتال طیف گسترده‌ای دارد و تقریباً تمامی حوزه‌های فنی توسط آن دستخوش تغییر شده‌اند؛ به برخی از پرکاربردترین آنها می‌پردازیم.
پردازش تصویر دیجیتال تنها به اصلاح رزلوشن تصاویر دوربینهای شخصی ما و یا تنظیم روشنایی عکس و از این دست تغییرات محدود نمی‌شود؛ بلکه کاربردهای بسیار بیشتری از آن وجود دارد.
امواج الکترومغناطیسی را میتوان به عنوان رشته‌ای از ذرات در نظر گرفت که هر ذره با سرعت نور در حرکت است. هر ذره حاوی بسته‌ای از انرژی است که به آن فوتون گفته میشود. طیف امواج الکترومغناطیس براساس طول موج در زیر نشان داده شده است.
در این طیف، ما تنها قادر به دیدن بخش مرئی امواج هستیم که شامل هفت رنگ بنفش، نیلی، آبی، سبز، نارنجی، زرد و قرمز میشود.
چشم ما تنها قابلیت دیدن بخش مرئی این طیف را دارد که بازتاب این طیف از اشیاء را میبینیم. اما یک دوربین توانایی دیدن طیفهای بیشتری را دارد که در محدوده دید چشم انسان نیست. تحلیل تمام این اطلاعات میتواند به سادگی و با استفاده از تکنیکهای مشخصی توسط پردازش تصویر دیجیتال انجام شود.
با درک این موضوع یک سوال اساسی در ذهن شکل میگیرد که:
چرا ما به پردازش دیگر بخش‌های امواج الکترومغناطیسی احتیاج داریم؟
پاسخ به این سوال واضح است؛ دلیل آن کاربرد سایر طیفهای نور در ابزارهای مختلفی است که بهطور مستقیم و غیر مساقیم در زنگی ما تأثیر دارد. برای مثال: اشعه ایکس کاربرد بسیار گسترده‌ای در حوزه پزشکی دارد و تحلیل پرتوهای گاما در پرتودرمانی و مشاهدات نجومی مورد استفاده قرار میگیرد. درمورد اغلب طیف نیز همین مسئله صادق است.
کاربردهای پردازش تصویر دیجیتال #
برخی حوزه‌های بزرگ که در آنها پردازش تصویر دیجیتال کاربرد دارد:
افزایش وضوح و ترمیم تصویر #
افزایش وضوح و ترمیم تصویر به فرایندی گفته میشود که تصاویر گرفته شده با دوربینهای دیجیتالی بهمنظور بهبود تصویر یا دستیابی به نتیجه دلخواه دستکاری و تغییراتی در آن اعمال میشود. تغییراتی عمدتاً مشابه آن را در نرمافزار فوتوشاپ میبینیم.
این فرایند معمولاً شامل اعمالی است؛ مانند: زوم کردن، محو کردن، افزایش وضوح، اندازه خاکستری در رنگ، شناسایی لبه‌ها، بازیابی و تشخیص تصویر میشود.
حوزه پزشکی #
برخی از کاربردهای پردازش تصویر دیجیتال در حوزه پزشکی عبارتند از:
- تصویربرداری پرتو گاما
- اسکن PET (برش نگاری با گسیل پوزیترون Positron emission tomography)
- تصویربرداری اشعه ایکس
- سی تی اسکن
- تصویربرداری فرابنفش UV
سنجش از دور(remote sensing) #
در سنجش از دور، برخی نواحی از کره زمین توسط ماهواره و یا سنجندههای ارتفاعات پایین اسکن میشود و سپس برای دستیابی به اطلاعات موردنظر آنها را با تکنیکهای پردازش تصویر بررسی
میکنند. از کاربردهای پردازش تصویر دیجیتال در این حوزه، میتوان به شناسایی خسارات
زیرساختی که بر اثر زمین لرزه ایجاد شده؛ اشاره کرد.
از آنجا که محدوده تحت تأثیر زمین لرزه معمولاً وسیع است، با چشم انسانی نمی‌توان میزان خسارات را براورد کرد. حتی اگر شدنی باشد هم فرایندی بسیار زمانبر و مشکل خواهد بود. بنابراین یک راه حل برای ان مسئله پردازش تصویر دیجیتال است. تصویری ماهوارهای از ناحیه تحت تأثیر را ضبط کرده و سپس برای شناسایی انواع خسارات ایجاد شده توسط زمین لرزه مورد تحلیل قرار میگیرد.
مراحل کلیدی در این تحلیل عبارتند از:
- استخراج لبه‌ها
- تحلیل و بهبود انواع لبه‌ها
انتقال و کدگذاری #
یکی از کاربردهای پردازش تصویر دیجیتال، انتقال و کدگذاری است. نخستین تصویری که از طریق سیم انتقال یافت از لندن به نیویورک توسط کابلی زیردریا بود
که برای رسیدن به مقصد از لحظه ارسال آن حدود سه ساعت زمان نیاز بود.
حالا فقط تصور کنید که ما امروزه می‌توانیم ویدیوهای زنده ببینیم و فیلمها را از قاره‌ای به قاره دیگر تنها با تأخیر چندثانیه‌ای انتقال دهیم. بنابراین پیشرفت‌های زیادی در این زمینه صورت گرفته است. این حوزه تنها به مسئله انتقال نمی‌پردازد، بلکه به کدگذاری تصاویر و المانهای آن نیز می‌پردازد. ساختارهای متعددی توسعه پیدا کرده که میتوان با استفاده از طیف وسیع باندها، کدگذاری تصاویر و حتی بارگذاری لحظه‌ای آن در اینترنت را انجام داد.
بینایی ماشین #
چالش‌های زیادی وجود دارد که امروزه ماشینهای هوشمند با آن مواجه هستند. یکی از بزرگترین آنها افزایش دید و بینایی ماشین است؛ که یک ربات بتواند اشیاء را ببیند، و آنها را تشخیص دهد. پیشرفت‌های زیادی در این حوزه انجام شده و حوزه مستقل دیگری تحت عنوان بینایی کامپیوتر برای آن توسعه داده شده است.
تشخیص موانع #
تشخیص موانع یکی از وظایف معمول در پردازش تصویر است و شامل شناسایی انواع مختلف اشیاء درون تصویر و سپس محاسبه دقیق فاصله حسگر دوربین تا مانع در فضای واقعی میشود.
ربات‌های مسیریاب #
بیشتر ربات‌های امروزی بر اساس دنبال کردن یک خط عمل مسیریابی را انجام میدهند و به آنها ربات مسیریاب گفته میشود. این روند به ربات کمک میکند که در مسیری حرکت کرده و وظایفی را انجام دهد. این دستاورد نیز توسط تکنیکهای پردازش تصویر ایجاد شده است.
پردازش رنگ #
پردازش رنگ شامل پردازش تصاویر رنگی و فضاهای رنگی مختلفی است که در تصویر وجود دارد. به طور مثال مدل رنگی RGB، YCbCr، HSV جز دسته پردازش رنگ قرار میگیرد. این حوزه همچنین شامل مطالعه انتقال، ذخیره‌سازی و کدگذاری این تصاویر رنگی نیز میشود.
تشخیص الگو #
این حوزه از پردازش تصویر از فنون مختلف دیگر که شامل یادگیری ماشین میشود؛ استفاده میکند. در تکنیک تشخیص الگو، از پردازش تصویر برای شناخت اشیاء در عکس استفاده میشود و یادگیری ماشین به آموزش ماشین برای شناسایی الگو و تشخیص تغییرات در آن کمک میکند.
یادگیری ماشین به کامپیوتر کمک میکند که در شناسایی برخی الگوها مانند: شناسایی دستخط، شناسایی تصاویر و … را به بهترین شکل عمل کند.
پردازش ویدیو #
ویدیو چیزی به جز مجموعه‌ای از تصاویر که با سرعت زیادی جابجا می‌شوند؛ نیست. کیفیت ویدیو به تعداد فریم در هر ثانیه و کیفیت هر فریم یا تصویر بستگی دارد. پردازش ویدیو شامل کاهش اختلالات تصویری، بهبود جزئیات، تشخیص حرکت، تبدیل‌های نرخ فریم، تبدیل نرخ نسبت تصویر، تبدیل فضای رنگی و … میشود.
