پردازش
در پردازش تصاویر رقمی معمولا“از شیوه های که به شکل الگوریتم بیان می شود استفاده می گرددبنابراین غیر از تصویربرداری و نمایش تصویر می توان اغلب عملیات پردازش تصویر را با نرم افزار اجرا کرد تنها علت استفاده از سخت افزار ویژه پردازش تصویر نیاز به سرعت بالا دربعضی کاربردها و یا غلبه بر بعضی محدودیت های اساسی رایانه است.مثلا“یک کاربرد مهم از تصویربرداری رقمی ؛ریزبینی درنورکم است برای کاهش نویز تصویر باید چند متوسط گیری روی تصاویر متوالی با نرخ قالب(غالبا“30قاب در ثانیه)انجام شود.شاختار بزرگراه در غالب رایانه ها جز چند رایانه بسیار کارآمد نمی تواند به سرعت داده مورد نیازبرای اجرای این عمل دست یابد بنابراین سامانه های پردازش تصویر امروزی ترکیبی از رایانه های متداول و سخت افزارهای ویژه پردازش تصویر است که کارهمه آنها به وسیله نرم افزار در حال اجرا روی رایانه اصلی هدایت می شود./
مدلهای متعدد سامانه های پردازش تصویر که در حدود نیمه دهه 80در سراسر دنیا به فروش رسید وسایل جانبی نسبتا“بزرگی بود که به رایانه های میزبان با همان بزرگی متصل می شد.درانتهای دهه 80و ابتدای دهه 90سخت افزارهای تجاری پردازش تصویر به شکل بردهای تکی که برای سازگاری با بزرگراه های استاندارد صنعتی و انطباق با کارگاه های کوچک مهندسی و رایانه های شخصی طراحی شده بود تغییر یافت .این تغییر علاوه برکاهش هزینه ها یکی از عوامل تاسیس شرکت های زیادی با تخصص تولید نرم افزار پردازش تصویر بود.
گرچه هنوز هم سامانه های پردازش تصویر بزرگ برای کاربردهای نظیر پردازش تصاویر ماهواره ای به فروش می رسندحرکت به سوی کوچک سازی وایجاد رایانه های کوچک همه منظوره که به سخت افزار پردازش تصویر مجهز است همچنان ادامه دارد.سخت افزار لصلی تصویربرداری که به این رایانه ها افزوده می شود ترکیبی از یک ((رقمی ساز و بافرقاب ))برای رقمی سازی و ذخیره موقت تصویر یک ((واحد محاسبه و منطق))(ALU)برای اجرای عملیات حسابی ومنطقی درنرخ قاب و یک یا چند((بافرقاب))برای دستیابی سریع به داده های تصویر در طول پردازش است.امروزه می توان نرم افزارهای پردازش تصویرفراهم می شود وسایل نمایش و نرم افزارهای کارآمد پردازش کلمه و تولید گزارش ارائه نتایج را تسهیل می کند اغلب نتایج به دست آمده با چنین سامانه هایی به بردهای پردازش تصویر سریع و خاصی که بابزرگراه مورد استفاده سازگارند انتقال می یابد.
یکی از مشخصه های علم پردازش تصویر عدم استفاده از یک راه حل برای کاربردهای متفاوت است بنابراین فنونی که دریک مورد خوب کار می کنند ممکن است در دیگری کاملا“ضعیف باشند تنها فایده وجود سخت افزار قوی ونرم افزارپایه درحال حاضر این است که نقطه شروع کار نسبت به یک دهه پیش بسیار پیشرفته تر (وبازار صرفا“کسری از هزینه آن موقع)می باشد.به طورکلی هنوز هم پیدا کردن راه حل واقعی برای یک مساله خاص نیازمند تحقیق و توسعه فراوان است مباحثی که درفصول بعدی مطرح می شود فقط برای این نوع فعالیت ها ابزارهایی را ارائه می کند.
مخابرات
استفاده ازمخابرات در پردازش تصویر رقمی معمولا“درمورد ارسال داده های تصویری است و اغلب شامل مخابره محلی بین رسانه های پردازش تصویر ومخابره را دور از یک نقطه به نقطه دیگر می باشدبرای اغلب رایانه ها سخت افزار ونرم افزار مخابره محلی به آسانی در دسترس است بیشتر کتب راجع به شبکه های رایانه ای به روشنی توافق های مخابره استاندارد را توضیح می دهند.
اگرداده های تصویری فشرده نشده در فواصل طولانی مخابره شوند مشکل جدی تری ایجاد می شود تاکنون باید این موضوع روشن شده باشد که تصاویر رقمی حاوی مقادیر بزرگی از داده ها هستند اما یک خط تلفن صوتی حداکثر می تواند9600بیت بر ثانیه را انتقال دهد؛بنابراین ارسال یک تصویر 8بیتی 512×512با این نرخ بیت تقریبا“پنج دقیقه طول می کشد.ارتباط بیسیم با استفاده از ایستگاه های میانی نظیر ماهواره ها بسیار سریعتر است گرچه هزینه بیشتری دارد نکته این است که دربسیاری مواقع ارسال تصاویر کامل درفواصل طولانی مورد نیاز است درفصل 6نشان خواهیم داد که فشرده سازی وافشرده سازی و (انبساط)داده ها نقش اصلی را در حل این مشکل بر عهده دارد.
نمایش
نمایشگر های تک رنگ و رنگی تلویزیونی ابزار اصلی نمایش درسیستم های پردازش تصویر امروزی است نمایشگرها با خروجی های واحد سخت افزاری نمایش تصویر که در برد اصلی رایانه میزبان قرارداد ویابخشی از سخت افزارپردازشگر تصویری می باشد راه اندازی می شود همچنین می توان سیگنالهای خروجی ازواحد نمایش رابه یک وسیله ثبت تصویر داد تاتصویری چاپی (اسلاید؛عکس یاورق شفاف)ازآنچه روی نمایشگر دیده می شود تولید کند لامپ های اشعه کاتدی (CRT)بادستیابی تصادفی و دستگاه های چاپ نیز به عنوان وسایل نمایش استفاده می شود.
درنمایشگر های CRTرایانه با تولید سیگنال های راه انداز مورد نیاز محل اشعه الکترونی را در هر لحظه معین می کند تاتصویر ایجاد شود.درهرنقطه یک ولتاژکه متناسب با مقدار روشنایی نقطه متناظر درآرایه عددی است شدت پرتو رامدوله می کند مقدار شدت پرتو حاصل بین صفر برای نقاط سیاه تا مقدار بیشینه برای نقاط سفید متغیر است یک دوربین عکاسی که روی صفحه CRTمتمرکز است الگوی نوری باشدت متغیر حاصل را ظبط می کند.
وسایل چاپ تصویر اغلب برای پردازش تصویر با تفکیک پایین مفید است یک روش ساده برای تولید تصاویر خاکستری روی کاغذ استفاده از قابلیت چند ضربه ای چاپگر خطی استاندارد است.
می توان با تعداد و چگالی نویسه های روی هم چاپ شده درهرنقطه تصویر سطح خاکستری آن نقطه را تنظیم نمود.باانتخاب مناسب مجموعه نویسه ها می توان با یک برنامه رایانه ای ساده و نویسه های نسبتا“کم به توزیع های خوب سطح خاکستری دست یافت.ضمیمه الف حاوی مثالهایی از این روش است چند وسیله متداول دیگر برای ثبت تصویر روی کاغذ چاپگرهای لیزری وسایل دارای کاغذ حساس به حرارت و دستگاه های جوهر افشان است.
فشرده سازی تصویر
وقتی برای تولید یک تصویر رقمی ؛تابع شدت نور دوبعدی متناظر نمونه برداری و چندی می شودمقادیر بی شماری ((داده))تولید می گردد.درواقع مقدار داده های تولید شده ممکن است آنقدر بزرگ باشد که ذخیره سازی ؛پردازش ومخابره آن غیر عملی باشد.درچنین حالاتی به نمایش هایی غیر از نمونه برداری دوبعدی و چندی سازی ساده نیاز است به عنوان مثال برای نمایش دایره المعارف Encyclopaedie Britannice درشکل رقمی بیش از 25 گیگابایت (10×25بایت)داده مورد نیاز است.
فشرده سازی تصویر به موضوع کاهش مقدار داده های مورد نیاز برای نمایش تصویر رقمی می پردازد.اساس فرآیندکاهش حذف داده های زاید است از نقطه نظر ریاضی این فرآیند معادل تبدیل یک آرایه پیکسلی دوبعدی به یک مجموعه داده ناهمبسته آماری است که معمولا“این تبدیل قبل از ذخیره سازی یا ارسال تصویر انجام می شود.تصویر فشرده در زمانی دیگر یا در مقصد وافشرده می شود تا تصویر اولیه با تقریبی ازآن بازسازی شود.
توجه به فشرده سازی تصویر بیش از25سال سابقه دارد در ابتدا تحقیقات در این موضوع روی توسعه روش های آنالوگ برای کاهش عرض باند ارسال ویدیو که فشرده سازی عرض باند خوانده می شود متمرکز بود گرچه اختراع رایانه های رقمی و بدنبال آن توسعه مدارهای مجتمع پیشرفته باعث شد که توجه از روش های فشرده سازی آنالوگ به روش های رقمی معطوف شود اخیرا“با پذیرش جهانی چند استاندارد فشرده سازی تصویر زمینه رشد این موضوع از طریق کاربرد عملی کارهای نظری شروع شده از دهه 1940فراهم گردید شانون و همکارانش در این دهه برای اولین بار روابط احتمالاتی را برای میزان اطلاعات و نمایش ارسال و فشرده سازی داده ها بیان کردند.
نیاز به فشرده سازی تصویر درطول سال های اخیر بتدریج رشد کرده است به طوری که اکنون این مبحث به عنوان یک ((فناوری فعال ساز))شناخته می شود.به عنوان مثال همواره فشرده سازی تصویر در افزایش محاسبات چند رسانه ای (یعنی استفاده از رایانه های رقمی در چاپ و نشر و تولید و توزیع ویدیو)بسیار موثر بوده وهست.بعلاوه ؛فشرده سازی تصویر ؛فناوری
کار باتفکیک مکانی افزایش یافته در حسگرهای تصویر بردار امروزی واستاندارد های درحال تکامل پخش تلویزیون است گذشته از این فشرده سازی تصویر نقش خیلی مهمی در بسیاری از کاربردهای مهم و گوناگون شامل گردهمایی تصویری از راه دور ؛سنجش از راه دور(استفاده از تصویربرداری ماهواره ای در کاربردهای هوایی وسایرکاربردهای زمینی )تصویربرداری اسناد تصویر برداری پزشکی ؛ارسال دورنگار و کنترل وسایل هدایت از راه دور درکاربردهای نظامی ؛فضایی ومواد زائد خطرناک بازی می کند خلاصه این که تعداد روبه افزایشی ازکاربردها به پردازش ذخیره سازی و ارسال پر بازده تصاویر دودویی خاکستری یا رنگی نیاز دارند.
مبانی
عبارت فشرده سازی داده به فرآیند کاهش مقدار داده های مورد نیاز برای بیان یک مقدار معین از اطلاعات اشاره می کند تفاوت آشکار بین داده و اطلاعات هستند وازمقادیر متفاوتی داده می توان برای نمایش یک مقدار ثابت اطلاعات استفاده کرد یک مثال آن حالتی است که فرد ((پرحرف))ویک فرد ((کم حرف))هردو بخواهند یک داستان را تعریف کنند دراین مورد اطلاعات مورد علاقه داستان است و کلمات داده های مورد استفاده برای بیان اطلاعات هستند.اگر این دونفر تعداد متفاوتی از کلمات را برای تعریف داستان به کاربرند دونسخه متفاوت از داستان ایجاد می شود و حداقل یکی از دونقل دارای داده های غیرضروری است یعنی دارای داده ها (باکلماتی)است که یاهیچ اطلاعات مرتبطی را ارائه نمی کنند یا فقط چیزهایی را که قبلا“معلوم بوده اند دوباره بیان می کنند.بنابراین گفته می شودکه این نقل ؛افزونگی داده دارد.افزونگی داده مهمترین مورد در فشرده سازی تصویر رقمی است.