معالجة الصورة للمهندس ابراهيم نحاس 7-5-2012

تحية للفنان والمهندس ابراهيم نحاس على مقالته التي قدمها لنا

معرفا بفن يجهله الكثيرون، ويمكنهم الاستفادة منه في مجالات فنية متعددة

دعونا نتعرف عليها

معالجة الصورة

إذا كان الرسام يرسم بالألوان و المصور يرسم بالضوء فهناك من يتعامل مع الصورة بشكل مختلف تماما و يصفها على شكل قيم و أرقام و يعالجها بمعادلات رياضية معقدة .
علم معالجة الصورة هو أحد فروع علم معالجة الإشارة و الذي امتد عبر مئة عام تقريبا ليشكل علم الوسائط المتعددة الذي يشمل تطبيقات واسعة في المجال الطبي و الأمان و الجغرافيا و الطقس بالإضافة إلى ضغط الصورة و الفيديو الذي يلعب دور مهم جدا في الشبكات الإجتماعية و نقل المعلومات المرئية باستخدام الانترنت و اليوم يدرس مفهوم الطاقة للصورة فإن كل لون يحمل تردد معين وبالتالي الصورة تحمل كمية معينة من الطاقة التي قد تكون سلبية أو إيجابية و ما زال العلم يدرس هذه الظاهرة في مجال تأثير الصورة على الكائنات الحية.

الصورة من وجهة نظر علم معالجة الصورة :
هي مجموعة من القيم التي تتوضع ضمن شبكة حيث تعبر كل قيمة عن اللون في عنصر الصورة (البكسل) من الشبكة و يمكن أن توضح الصورة قيم البكسلات

تحوي الصورة بشكل عام عناصر متعددة لكل منه مميزاته في الشكل و العمق و البنية والإضاءة كما أن اللون و السطوع يتغير بإختلاف درجات النعومة ضمن الصورة

أنواع الصور :
الصورة المنطقية ( الثنائية) و هي الصورة التي تحوي فقط على قيمتين 0 أو 1
الصور الرمادية : وهي الصور التي تحوي كل تدرجات اللون الرمادي و تتراوح قيمة عناصر الصورة بين القيمة الموافقة للون الأسود و والقيمة الموافقة للون الأبيض و تسمى بالصور الأبيض و الأسود
الصور الملونة : وهي الصور التي تحوي كل الألوان المرئية الموجودة في الطبيعة حيث يختلف تمثيل الألوان حسب فضاء الألوان المستخدم .
تمثيل الألوان في الصورة :
تمثیل معلومات الألوان في معالجة الصورة یتم الاعتماد على النظامین التالیین :
فضاء الألوان ( الأحمر – الأخضر – الأزرق ) :
الصورة الملونة في هذا الفضاء تمثل بثلاث أرقام تحدد نسب الألوان الأساسية ( الأحمر – الأخضر – الأزرق ) حيث أي لون في الطبيعة يمكن الحصول عليه عن طريق دمج هذه الألوان بنسب مختلفة

فضاء الألوان المعتمد على السطوع و الفروقات اللونية :
بما أن العين تملك حساسية أكبر للإضاءة منه للون لذلك يتم إعطاء الإضاءة في الصورة أولوية أكبر من حيث كمية المعلومات و تقليل كمية البيانات المرسلة في المركبات اللونية مع ضمان الحصول على نتائج جيدة في تمثيل الصورة الملونة بإستخدام إرسال الفرق اللوني بين الألوان الأساسية و الإضاءة و هذا النظام مستخدم في أنظمة الإرسال التلفزيوني بالإضافة إلى معايير الضغط الحديثة لمناعتها ضد الضجيج و لأنها تضمن التعامل مع صور الأبيض والأسود.

مقاسات الصور :
إن ظروف معالجة الصورة من حيث سرعة المعالجة و نقل البيانات تفرض علينا أن نتعامل مع مقاسات مختلفة للصورة تختلف بإختلاف التطبيق و اختلاف ظروف المعالجة
تعتبر التهيئة المتوسطة المشتركة common intermediate format (CIF) و التي تبلغ قيمة الدقة فيها 352×288 عنصر صورة من أهم المقاسات و يشتق منها بقية المقاسات التي تختلف كما ذكرنا حسب التطبيق

العمليات في معالجة الصورة :
إن عملية معالجة الصورة تتم عبر عدة مراحل يتم فيها الحصول على المعلومات المطلوبة من الصورة و التي يمكن استخدامها في التطبيقات المختلفة :
في البداية يتم التقاط الصورة عن طريق الكاميرات التي تحول كمية الإضاءة والألوان المستقبلة بالعدسة إلى قيم عددية يمكن التعامل معها باستخدام المعالجات الإلكترونية و تختلف عملية استخلاص الصورة بإختلاف الحساسات المستخدمة في عملية التصوير ثم تأتي العمليات التي يمكننا أن نطبقها على الصورة بشكلها الرقمي
– كالمعالجة الأولية التي يتم فيها التخلص من الضجيج الناتج عن حساسية الكاميرا و عدم مثالية العدسات المستخدمة و التخلص من التشوه الناتج عن حركة الكاميرا و اهتزازها اثناء التقاط الصورة بالإضافة إلى عمليات ضبط التباين التي نحتاجها لكي يتم توضيح محتويات الصورة .
– إمكانية تقسيم الصورة حسب مكونات الصورة ليتم فصل الأجزاء التي يرغب بها عن الخلفية و هي تعتمد على كشف الحواف و التقسيم المعتمد على المحتوى .
– استخلاص المميزات من الصورة عن طريق استخدام تقنيات معقدة كمعرفة ماهية الأشياء في الصورة و معرفة مميزاتها باستخدام علم الرؤيا الحاسوبي و الذي يعتبر من العلوم المتطورة جدا و خاصة عند تطبيقها في انظمة الملاحقة و المتابعة لتحديد الأشخاص في المطارات ومحطات النقل حيث يمكن تحديد الشخص و التعرف على هويته عن طريق الربط بقواعد بيانات ضخمة تضم عدد هائل من الأشخاص الذين يتميزون بهندسة الوجه التي تضم العلاقة بين العينين و الحواجب و الأبعاد النسبية بين مكونات الوجه و المميزات لا تكون في الوجه فقط فإن تعريف الشخص تتم أيضا عن طريق بصمة الإبهام و بصمة القزحية التي يستخدمها اليوم الإتحاد الأوروبي لأرشفة و تنظيم الأشخاص الذين يعيشون على أراضي منطقة الشنغل .
– أحيانا تكون المعلومات التي تحملها الصورة موجودة في القسم الغير المرئي من المجال الطيفي للألوان أي فوق البنفسجية أو تحت الحمراء و في معالجة الصورة يمكننا أن نستفيد من تحميل بعض المعلومات الغير مرئية ضمن الصورة .
-يمكن أن يتم التشفير ضمن الصورة بوضع قيم الرسالة المراد تشفيرها ضمن تسلسل معين و بخوارزمية سرية وذلك عن طريق حشو هذه القيم ضمن الصورة بحيث لا تؤثر على الصورة في حال مشاهدتها من قبل شخص عادي و لا يمكن كشف الرسالة إلا في حال معرفة طريق التشفير و الخوارزمية المستخدمة .
من أهم العمليات التي تطبق على الصورة هي الضغظ التي تقلل من حجم الصورة لكي يتم إرسالها عن طريق شبكة الانترنت و للحفاظ على مصادر التخزين مع المحافظة على جودة مقبولة و يوجد العديد من المعايير العالمية التي يشرف عليها ألاف الباحثين و التي تهتم بهذا المجال لما تملكه من أهمية نظرا لانتشار الشبكات الإجتماعية التي تتطلب نقل الوسائط المتعددة بسرعة و بسهولة مع المحافظة على الدقة و الجودة .
في معالجة الصورة الطبية يوجد تقنيات لتمييز الأنسجة التي تملك كثافة مختلفة عن القيم الطبيعية و اعتمادا على هذه القيم وبالإستناد إلى قيم مرجعية يمكن أن نحدد طبيعة المرض .

إبراهيم نحاس
06/05/2012
برنو – جمهورية التشيك