پردازش تصوير به روش هيستوگرام

در اين پايان نامه سعي شده است كاربردهاي مختلف پردازش تصوير كه از جمله كاربرد در صنعت، هواشناسي، شهرسازي، كشاورزي، علوم نظامي و امنيتي، نجوم، فضانوردي، پزشكي، فناوري‌هاي علمي، باستان شناسي، تبليغات، سيمنما، اقتصاد،‌روانشناسي و زمين شناسي مي‌باشد مختصراً مورد بحث قرار گيرد. چگونگي پردازش بر روي تصاوير و تكنيك‌ها و فيلترهايي كه بر روي يك تصوير اعمال مي‌شود و اين كه چگونه مي‌توان ميزان روشنايي يك تصوير را به كمك تكنيك هيستوگرام افزايش با كاهش داد و فيلترهاي بالا گذر و پايين گذر چه

ويژگي‌هايي از تصوير را براي ما ملموس خواهد كرد بيان مي‌شود و در نهايت با استفاده از همين هيستوگرام و اعمال فيلترهاي مختلف براي پيدا كردن لبه به يكي از كاربردهاي آن كه تشخيص پلاك خودرو مي‌باشد پرداخته مي شود كه نشان مي‌دهد اين تكنيك براي تصاوير با كنتراست متفاوت و تشخيص اشيا در آنها بسيار مفيد مي‌باشد. اين روش بر روي ۵۰ تصوير مختلف از نظر پس زمينه، فاصله و زاويه ديد مورد آ مايش قرار گرفته است. كه از اين ميان ۴۵ پلاك به درستي شناسايي شده است، به عبارتي نرخ خواندن صحيح پلاك ۹۰% محاسبه مي‌شود.


فهرست مطالب
چکیده ۵
فصل اول
مقدمه ۹
فصل دوم
پردازش تصوير ۱۹

انواع پردازش تصوير ۲۰
مقادير پيكسل‌ها ۲۰
دقت تصوير ۲۱
روش‌هاي پردازش تصاوير ۲۱

عمليات مختلف بر روي تصوير ۲۲
هیستوگرامتصویر ۲۷
بالا بردن دقت عكس ۲۹
ارتقاي تصوير و عملگر كانولوشن ۲۹
تعدیلهیستوگرام ۳۰
فیلترکردنتصویر ۳۲

اعمال فیلترتصویردر MATLAB 34
ايجاد فيلتر دلخواه ۳۵
طراحي فيلتر ۳۵
طراحي فيلتر ميانگين ماتريس مربعي ۳۶
طراحي فيلتر پايين گذر گوسي ۳۷

طراحي فيلتر لاپلاس ۳۸
طراحي فيلتر لاپلاس از روش حذف گوس ۳۹
طراحي فيلتر حركت دهنده ۳۹
طراحي فيلتر تقويت لبه ۴۰
طراحي فيلتر لبه افقي و عمودي ۴۰
طراحي فيلتر افزايش دهنده شدت نور و لبه‌ها ۴۱

فصل سوم
كاربردهاي هيستوگرام در پردازش تصوير ۴۲
استفاده از فيلتر لاپلاسين و همسان سازي تطبيقي هيستوگرام به منظور بهبود كيفيت تصاوير راديوگرافي جزئي ۴۲
تاثيرتكينكپردازشدرافزايشدقتتناظريابيعكسي ۴۳
استخراج نواحي شامل متن و تفكيك متن به حروف ۴۴

تحليل تغييرات رنگ رطب در طي خشك كردن با خشك كن كابيني با استفاده از روش عكس برداري ديجيتالي ۴۵
بهينه سازي تصاوير پرتونگاري صنعتي جهت تشخيص عيب‌هاي لوله‌هاي نفت و گاز در نواحي جوش با استفاده از پردازش تصوير ۴۶
پيش پردازش تصوير ۴۶
فوكوس خودكار دوربين‌هاي ديجيتالي ۴۷
تشخيص چهره ۴۷
تشخيص پلاك خودرو ۴۸
فصل چهارم

تشخيص پلاك خودرو ۴۹
فيلتر گوسين ۵۲
پيدا كردن لبه‌هاي عمودي ۵۲
تحليل هيستوگرام ۵۲
پيدا كردن محل كانديد پلاك ۵۳

سايش تصوير ۵۴
گسترش افقي تصوير ۵۴
پر كردن حفره‌هاي احتمالي ۵۵
گسترش عمودي تصوير ۵۶
استخراج پلاك ۵۶
جداسازي كاراكترها ۵۶
شناسايي كاراكترها

 

۵۷
فصل پنجم ۵۸
نتيجه گيري ۵۸
مراجع ۶۰


فصل اول
مقدمه
امروزه با گسترش روز افزون روش های مختلف اخذ اطلاعات گسسته مانند پویشگرها و دوربین های دیجیتالی، پردازش تصویر کاربرد فراوانی یافته است. تصاویر حاصله از این اطلاعات همواره کم و بیش همراه مقداری نویز بوده و در مواردی نیز دارای مشکل محوشدگی مرزهای نمونه های داخل تصویر می باشند که موجب کاهش وضوح تصویر دریافتی می گردند. مجموعه عملیات و روش هایی که به منظور کاهش عیوب و افزایش کیفیت ظاهری تصویر مورد استفاده قرار میگیرد، پردازش تصویر نامیده می شود. اگرچه حوزه های کار با تصویر بسیار وسیع است ولی عموماً محدوده مورد توجه در چهار زمینه ی بهبود کیفیتظاهری(Enhancement)، بازسازی تصاویر مختل شده(Restoration)، فشرده گی و رمزگذاری تصویر (Compression and Coding) و درک تصویر توسط ماشین (Understanding) متمرکز می گردد.

بهبود تصاویر شامل روش هایی مثل استفاده از فیلتـر محو کننده و افزایش تضاد برای بهتر کردن کیفیت دیداری تصاویر و اطمینان از نمایش درست آن ها در محیط مقصد است. بینایی ماشین به روش هایی می پردازد که به کمک آن ها می توان معنی و محتوای تصاویر را درک کرد تا از آن ها در کارهایی چون رباتیک و محور تصاویر استفاده شود. پردازش تصویر از هر دو جنبه نظری و عملی پیشرفت های چشمگیری داشته است و بسیاری از علوم به آن وابسته اند.

کاربردهای پردازش تصویر
زمینه های مختلف کاربرد پردازش تصویر عبارتند از صنعت، هواشناسی، شهرسازی، کشاورزی، علوم نظامی و امنیتی، نجوم و فضا نوردی، پزشکی، فناوری های علمی، باستان شناسی، تبلیغات، سینما، اقتصاد، روانشناسی و زمین شناسی که در ادامه درباره هر کدام مختصراً بحث شده است.

صنعت
امروزه کمتر کارخانه پیشرفته ای وجود دارد که بخشی از خط تولید آن توسط برنامه های هوشمند بینایی ماشین کنترل نشود. خطای بسیار کم، سرعت زیاد، هزینه نگهداری بسیار پایین، عدم نیاز به حضور اپراتور ۲۴ ساعته و خیلی مزایای دیگر باعث شده که صنایع و کارخانه ها به سرعت به سمت پردازش تصویر و بینایی ماشین روی بیاورند. دستگاهی ساخته شده که قادر است کیک های پخته را از کیک هایی که نیاز به پخت مجدد دارند، تشخیص دهد و آنها را به صورت اتوماتیک به بسته بندی بفرستد و کیک هایی که نیاز به پخت دارند را دوباره برای پختن ارسال کند.
یکی دیگر از دلایل استفاده از بینایی ماشین قابلیت دیدن و اندازه گیری محصولاتی است که دیدن یا اندازه گیری آنها با چشم غیر مسلح غیر ممکن است. عناصر تشکیل دهنده یک سیستم بینایی ماشین نرم افزار هوشمند بینایی است که ورودی خود را از دوربین های نصب شده در بخش های مختلف خط تولید می گیرد و بر اساس تصاویر دریافتی دستورات لازم برای کنترل ماشین های صنعتی را صادر می کند. پردازش تصویر در تشخیص دمای کوره هایی که هیچ وسیله ی مکانیکی و الکترونیکی تحمل دمای آنها را ندارد، کاربرد دارد. دوربین های حرارتی می توانند مشکل بخشی از سازه ی مورد نظر را تشخیص دهند.

هواشناسی
از آنجایی که در علم هواشناسی تشخیص و پیش بینی آب و هوا اکثراً از طریق تصاویر هوایی و ماهواره ای انجام می گیرد، پردازش تصویر در این علم کاربرد زیادی دارد و دقت و سرعت پیش بینی آب و هوا و طوفان‌ها را بسیار بالا می برد. جبهه های پرفشار، کم فشار، گردبادها و گرداب های بوجود آمده در سطح کره زمین را می توان مشاهده کرد.
شهرسازی

با مقایسه عکس های مختلف از سال های مختلف یک شهر می توان میزان گسترش و پیشرفت آن را مشاهده کرد.
کاربرد دیگر پردازش تصویر می تواند در کنترل ترافیک باشد. با گرفتن عکس های هوایی از زمین ترافیک هر قسمت از شهر مشخص می شود.
قبل از ساختن یک شهر می توان آن را توسط کامپیوتر شبیه سازی کرد که به صورت دو بعدی از بالا و حتی به صورت سه بعدی از دید های مختلف، یک شهرک چطور ممکن است به نظر برسد. تصاویر ماهواره ای که از شهرها گرفته می شود، می تواند توسط فيلترهاي مختلف پردازش تصویر فيلتر شود و اطلاعات مختلفی از آن استخراج شود. به طور مثال این که شهر در چه قسمت هایی دارای ساختمان ها، آب ها یا راه های بیشتری است و همین طور می توان جاده هایی که داخل یا خارج از شهر کشیده شده اند را تحلیل کرد

.
کشاورزی
این علم در بخش کشاورزی معمولاً در دو حالت کاربرد دارد. یکی در پردازش تصاویر گرفته شده از ارتفاعات بالا مثلاً از هواپیما و دیگری در پردازش تصاویر نزدیک به زمین.
در تصاویر دور به عنوان مثال می توان تقسیم بندی اراضی را تحلیل کرد. همچنین می توان با مقایسه تصاویر دریافتی در زمان های متفاوت میزان صدمات احتمالی وارد به محیط زیست را دید. به عنوان مثال می توان برنامه ای نوشت که با توجه به محل رودخانه ها و نوع خاک مناطق مختلف، به صورت اتوماتیک بهترین نقاط برای کشت محصولات مختلف را تعیین می کند.
تصاویر نزدیک هم در ساخت ماشین های هرز چین اتوماتیک کاربرد دارد. امروزه ماشین های بسیار گران قیمت کشاورزی وجود دارند که می توانند علف های هرز را از گیاهان تشخیص بدهند و به صورت خودکار آنها را نابود کنند.
برای مثال یکی از پروژه های جالب در بخش کشاورزی، تشخیص خودکار گل زعفران برای جداسازی پرچم قرمز رنگ آن بوده است. این پردازش که توسط نرم افزار Stigma

detection®انجامگرفتهاست.
علومنظامیوامنیتی
پردازشتصویربخصوصبیناییهوشمند،کاربردهایبسیاریرادرعلومنظامیوامنیتیدارندواینکاربردبرایدولتاکثر کشورها بسیار مهم است. به عنوان مثال موشک هدایت شونده خودکاری وجود دارد که می‌تواند روی در یک ساختمان قفل کند و حتی می تواند به درز بین در و دیوار آن ساختمان که حساس ترین جای ساختمان است به راحتی نفوذ کند. این موشک به صورت اتوماتیک این قسمت را شناسایی کرده و به سمت آن حمله می کند.

در مسائل امنیتی هم کاربرد پردازش تصویر کاملاً در زندگی ما مشهود است. دوربین های که به صورت اتوماتیک از ماشین هایی که تخلف رانندگی انجام می دهند عکس برداری می کند.
از سیستم های امنیتی دیگر می توان سیستم تشخیص اثر انگشت اتوماتیک را نام برد. در لپ تاپ های جدید قابلیت finger print به آنها اضافه شده و می تواند صاحب لپ تاپ را توسط اثر انگشت شناسایی کند.

کد امنیتی دیگری که همیشه همراه انسان حمل می شود، چشم انسان است. دانشمندان ثابت کرده اند که پترن‌های (Pattern) موجود در مردمک چشم هر انسان منحصر به فرد است و هیچ دو فردی در دنیا وجود ندارند که پترن هایی که در مردمک چشم آنها وجود دارد دقیقاً مثل هم باشد. از همین روش برای شناخت افراد و سیستم های امنیتی استفاده می شود.

در کل این خواص بیومتریک در انسان بسیار زیاد است. عرض و طول صورت، فاصله بین انگشتان دست، طول و عرض انگشت ها، فاصله ی بندها از یکدیگر و حتی خط های کشیده شده کف دست و هزاران خاصیت دیگر، تماماً خصوصیاتی هستند که برای انسان ها منحصر به فرد هستند.دوربین هایی وجود دارند که به صورت دید در شب، قادر هستند چیزهایی را که ما نمی بینیم، ببینند و پردازش کنند.اسلحه های خودکاری ساخته شده‌اند که به صورت اتوماتیک و دقیق نشانه گیری می کنند.
پردازش تصویر همینطور با پردازش تصاویر گرفته شده از فاصله های دور هم می تواند در علوم نظامی و امنیتی کمک کند.به عنوان مثال دوربینی قادر است با سرعت بسیار زیاد یک توپ را دنبال کند.این مسئله کاربرد بسیار زیادی در مسائل نظامی دارد.

نجوم و فضا نوردی
ساخت دستگاه های اتوماتیک رصد آسمان و ثبت وقایع آسمانی به صورت خودکار از کاربردهای پردازش تصویر است که امروزه روی آن کار می شود.
از پروژه های جدید در بخش نجوم که بخشی از آن توسط سیستم پردازش تصویر انجام می شود، تهیه نقشه سه بعدی از کل عالم کائنات است !
پردازش تصویر در فضانوردی هم کاربرد زیادی دارد. در تصاویر دور می توان سطح سیارات و همچنین سطح قمرها را اسکن کرده و اطلاعات بسیار ریزی از آنها استخراج کنیم.
کاربرد دیگر پردازش تصویر در فيلترکردن عکس هایی است که توسط تلسکوپ های فضایی مختلف از جمله هابل (Hubble SpaceTelescope)، از فضا گرفته می شود.
کاربرد دیگر آن حذف گرد و خاک و جو سیاره ها از تصاویر به کمک تصویربرداری IR و X-RAY به صورت همزمان و ترکیب این تصاویر است.

در تصاویر نزدیک هم کاربرد دارد، از جمله هدایت مریخ نوردها، فرود فضاپیماهای بدون سرنشین و الصاق تجهیزات جدید به ایستگاههای فضایی به صورت خودکار.
از امکانات سایت گوگل، امکاناتی است به نام Google Mars که این برنامه دقیقاً مانند Google Earth عمل می کند با این تفاوت که Google Earth سطح زمین را در هر زمان که بخواهید و در هر نقطه ای از زمین و از ارتفاع های بسیار پائین هم نشان می دهد ولی Google Mars دقیقاً همین کار را برای سطح سیاره مریخ انجام می دهد.
پزشکی
یکی از مهمترین کاربردهای پردازش تصویر در علم پزشکی است. در جایی که ما نیاز داریم تمام عکس ها با نهایت شفافیت و وضوح گرفته شوند زیرا دیدن تمام جزئیات لازم است. جراحی های ریز microsurgery با ایجاد یک سوراخ کوچک و فقط دیدن محل جراحی توسط پزشک، از راه دور و توسط بازوهای رباتیک بسیار دقیق انجام می شوند.