معالجة الصور

يهتم مجال معالجة الصور بتطوير واستخدام آليات وخوارزميات لمعالجة الصور الرقمية، وتتنوع أهداف معالجة الصور بشكل كبير، سيتم التطرق لأهمها باختصار في هذه التدوينة. يعتبر مجال معالجة الصور أحد اللبنات والركائز الأساسية في رؤية الحاسب، حيث تتم المعالجات الأولية كتحسين الصورة أو اقتصاص الأجزاء المهمة منها أو استخراج السمات المميزة لها قبل الشروع في العمليات اللاحقة كالتعرف على الأشياء الموجودة في الصورة أو قياس الأحجام. فيما يلي بعض مجالات معالجة الصور:

تحسين الصورة (Image Enhancement)

هناك العديد من الخوارزميات لتحسين الصور حسب الغرض المراد. فمن الأغراض المهمة تنقية الصورة من التشويش (noise) والذي ينتج لعدة أسباب كحساس الكاميرا أو أثناء نقل وتخزين الصورة. وكذلك يتم تحسين الصورة بتقليل أو إزالة الضبابية (blur) من الصورة. من الأمور المهمة قبل معالجة الصورة تصحيح وإعادة توزيع الألوان والإضاءة، ويتم ذلك بعدة طرق حسب الحاجة، كتوزيع درجات الألوان بالتساوي أو زيادة أو تقليل التباين والسطوع.

ضغط الصورة (Image Compression)

يهتم ضغط الصورة بالخوارزميات التي تقلل كمية البيانات اللازمة لتمثيل الصورة بغرض تقليل حجمها التخزيني. ضغط الصور مهم جداً، فبدونه سيكون من الصعب مشاركة الصور من خلال الإنترنت وستشغل الصور مساحات ضخمة من القرص الصلب.

تقسيم الصورة (Image Segmentation)

يعتبر التقسيم الآلي للصورة من المجالات المهمة في معالجة الصور. والمقصود بتقسيم الصورة: فصل العناصر المميزة في الصورة عن العناصر الأخرى. ويمكن عمل ذلك بعدة طرق كاكتشاف الحواف المميزة أو الأجزاء المتجانسة لوناً أو نقشاً، أو حسب معلومات مسبقة عن العنصر المراد. بعد فصل هذه العناصر المميزة نستطيع إجراء العديد من العمليات كالتعرف عليها أو قياس حجمها.

بناء واستخدام الفلاتر (Image Filtering)

الفلترة هي طريقة تستخدم لتعديل وتحسين الصورة. فباستخدامها نستطيع على سبيل المثال إبراز بعض الخصائص المميزة للصورة كالحواف أو إزالة بعض العيوب كالتشويش أو الضبابية. ببساطة عملية الفلترة تتم عن طريق تمرير فلتر (غالباً يكون أصغر من حجم الصورة) على الصورة بطريقة معينة وجمع حاصل ضربه مع الصورة لحساب قيمة بكسل معين. يمكن تصميم العديد من الفلاتر حسب المهمة المطلوبة، وبعض الفلاتر تستخدم في تحسين الصورة كما مرّ سابقاً.

معالجة الصورة الملونة (Color Image Processing)

غالباً في المجالات السابقة يكون الحديث عن الصور ذات التدرجات الرمادية لسهولة وسرعة معالجتها مقارنة بالصور الملوّنة. ولكن لمعالجة الصور الملوّنة فائدة، وهي احتوائها على معلومات أكثر من التدرجات الرمادية. لهذا فمعالجة الصور الملوّنة تعتبر من المجالات المهمة، وهي تشمل جميع المواضيع السابقة ولكن لأبعاد أكثر (الصور ذات التدرجات الرمادية لها بعدين، وإن أضفنا الألوان صارت بعداً ثالثاً). إضافة بعد آخر يغير من طريقة معالجة الصورة، كما يزيد من وقت المعالجة. يمكن تمثيل الصور الملوّنة باستخدام عدّة نماذج لونية (color models) مثل: RGB وتستخدم عادة للعرض على الشاشة، و CMYK وتستخدم للطباعة، وغيرهما الكثير. كما يمكن التحويل بين النماذج اللّونية باستخدام بعض المعادلات.

تحليل الصورة خلال عدة مستويات من الدقة (Multiresolution Analysis)

تتغير الصورة بتغير المنظور الذي يتم رؤيتها من خلاله. فعلى سبيل المثال، إذا نظرت إلى غابة من بعيد فسترى العديد من الأشجار ولكن بتفاصيل أقل، وإذا اقتربت قليلاً قد تستطيع تمييز أنواع الأشجار كل على حدة، وإذا اقتربت أكثر قد تستطيع تمييز أشكال أوراق الشجر. وهكذا فإن رؤية الصورة بعدة مستويات من الدقة تعطينا رؤى مختلفة بسبب اختلاف التفاصيل. ويمكن الاستفادة من تحليل الصورة بدقّات متفاوتة في العديد من العمليات كضغط الصورة أو تقسيمها. وتوجد العديد من الطرق لتحليل الصور خلال عدة مستويات، مثل: التحليل الهرمي (pyramid)، و الويفليت -المويجات إن صحت الترجمة- (wavelets)، و التمثيل المتدرج الفضائي (scale-space representation).

معالجة الصورة في نطاق الترددات (Frequency Domain)

في المجالات السابقة كان التعامل مع قيمة البكسلات في النطاق الفضائي (spatial)، ولكن في نطاق الترددات يكون التعامل مع معدل تغير قيمة البكسلات. في الحقيقة يحتاج نطاق الترددات بعض الشرح والمعادلات حتى يمكن فهمه (ليس الآن)، كما أنه من الصعب تفسيره بالمشاهدة، ولكن يكفي أن تعلم أنه مهم في الكثير من العمليات كالفلترة وضغط الصور. يمكن الحصول على نطاق الترددات عن طريق عدد من التحويلات (transforms)، ومن أشهرها تحويل فوريير (Fourier transform).

ما سبق كان لمحة لأهم مجالات معالجة الصور، ولا يمكن بحال أن تكون شاملة. توجد العديد من المواضيع الآخرى المهمة التي لم يتم التطرق لها، كان القصد فقط إعطاء تصور عام عن هذا المجال.

قد يأتي أحد المتفلسفين بالسؤال المستفز: ما الفرق بين معالجة الصور وفوتوشوب :-)؟ في الحقيقة، برنامج فوتوشوب قائم على معالجة الصور، فقد تم بناؤه عن طريق أشخاص متخصصين في هذا المجال. الهدف الأساسي لفوتوشوب هو التصميم والتعديل على الصور، بهذا يسهل حتى لغير المختصين في الحاسب العمل عليها. لكن هناك العديد من  التطبيقات والمهام التي لا يمكن عملها من خلاله، أو تحتاج للأتمتة، أو تكون جزء من تطبيق أكبر، على سبيل المثال: نظام للتعرف على الأشخاص عن طريق الوجه أو الاكتشاف الآلي للأورام السرطانية في الصورة. هنا نحتاج أن نكتب برامج خاصة لكل من هذه التطبيقات.