پایان نامه پردازش تصویر در ربات تعقیب خط
فهرست:
پردازش تصویر دیجیتال چیست………………………………………………………………………………………….10
- منشا پردازش تصویر دیجیتال………………………………………………………………………………………………12
- مراحل اساسی در پردازش تصویر دیجیتال……………………………………………………………………………13
- پردازش تصویر دیجیتال
- نمونه برداری و کمّی سازی تصویر……………………………………………………………………………………..15
2- 2 نمایش تصویر دیجیتال………………………………………………………………………………………………………17
3-2 فرآیند تقلیل- بازیابی تصویر……………………………………………………………………………………………..20
4- 2 مدل های نویز………………………………………………………………………………………………………………….21
5-2 پردازش هیستوگرام…………………………………………………………………………………………………………..21
6-2 مدل های رنگ…………………………………………………………………………………………………………………..22
7-2 مدل رنگ RGB………………………………………………………………………………………………………………23
8-2 هموار و تیزکردن……………………………………………………………………………………………………………….25
9-2 نویز در تصاویر رنگی………………………………………………………………………………………….27
- پردازش تصویر در مطلب
1-3 انواع تصویر در مطلب…………………………………………………………………………………………………………..29
2-3 تبدیل هیستوگرام…………………………………………………………………………………………………35
3-3 نرم کردن و تیز کردن عکس……………………………………………………………………………………………..36
- پردازش تصویر در ربات تعقیب خط
1-4 اجرای پروه با دوربین Cmucam3 و پردازش تصویر………………………………………………………..41
2-4 مقایسه تصاویر………………………………………………………………………………………………………………….43
3-4 مقایسه بین دو بیت……………………………………………………………………………………………………………45
4-4 دوربین Cmucam3……………………………………………………………………………………………………..49
5-4 قوانین مربوط به پردازش تصویر در مسابقات رباتیک……………………………………………………………49
6-4 مزیت های دوربین…………………………………………………………………………………………………………..51
7-4 حرکت موتورهای ربات آریا با استفاده از پردازش تصویر……………………………………………………..52
- منابع……………………………………………………………………………………………………………….54
چکیده
رباتیک، علم مطالعه و فن آوری مرتبط با طراحی ساخت و اصول کلی و کاربرد رباتهاست،رباتیک علم و فن آوری ماشین های قابل برنامه ریزی با کاربردهای عمومی می باشد.
در رباتها میتوان به جای سنسور برای واحد بینایی خود از دوربین و پردازش تصویر استفاده کرد. به این ترتیب که ابتدا تصاویر گرفته شده را پردازش کرده و سیگنال های کنترلی را برای ربات بوجود می آورند.
یکی از دوربین هایی که قابلیت پردازش تصاویر و برنامه ریزی پردازشگر دارد دوربین Cmucam3 است که بر پایه پردازنده ARM7TDM بنا شده است.
این دوربین دارای پردازنده داخلی و با قابلیت برنامه ریزی می باشد.
پردازشگر اصلی از نوع فیلیپس LPC 2106 می باشد که یک ماژول دوربین Omni از نوع Cmos متصل است. به کمک پورت GNU toolchain برنامه دلخواه به زبان C میتوان نوشت که با وجود انواع مثال و library با کد قابل دسترس این امر را ساده تر نموده است. که در این روش به کمک پورت سریال و بدون نیاز به سخت افزار دیگر برنامه قابل اجرا را می توان به بورد متصل نمود.
هدف از پروژه
هدف از این پروژه یک نوآوری در ساخت ربات های تعقیب خط می باشد.
در این ربات به جای سنسور از پردازش تصویر(Image prossesing) و نصب دوربین Cmucam3 بر روی ربات استفاده کرده ایم.
با استفاده از دوربین میتوان سنسورها را به کلی حذف کرد.
این کار مشکلات و خطاهای احتمالی سنسور را از بین می برد.
- مقدمه
پردازش تصویر امروزه بیشتر به موضوع پردازش تصویر دیجیتال گفته می شود که شاخه ای از دانش رایانه است که با پردازش سیگنال دیجیتال که نماینده تصاویر برداشته شده با دوربین دیجیتال یا پویش شده توسط پویشگر هستند سرو کار دارد.
پردازش تصویر دارای دو شاخه عمده بهبود تصاویر و بینایی ماشین است:
بهبود تصاویر در برگیرنده روش هایی چون استفاده از فیلتر محو کننده و افزایش تضاد برای بهتر کردن کیفیت تصاویر و اطمینان از نمایش درست آنها در محیط مقصد است.
در حالی که بینایی ماشین به روش هایی می پردازد که به کمک آنها می تواند معنی و محتوی تصاویر را درک کرد تا از آنها در کارهایی چون رباتیک و محو تصاویر استفاده کرد.
بنابراین علاقه به روش های پردازش تصویر از دو دسته کاربرد ناشی می شود: بهبود اطلاعات تصویری برای تفسیر انسانی و پردازش داده های تصویر برای ذخیره سازی، تبدیل، و نمایش برای درک ماشین خودمختار.
1-1 پردازش تصویر دیجیتال چیست؟
تصویر را می توان یک تابع دو بعدی مثل (x,y) fدر نظر گرفت که x,y مختصات(صفحه) مکانی هستند. ودامنه f در هر جفت از مختصات (x,y) شدت یا سطح خاکستری تصویر در آن نقطه است. وقتی x,y و مقادیر شدت f متناهی و کمیت هایی گسسته باشند، تصویر را تصویر دیجیتال می نامیم.
حوزه پردازش تصویر دیجیتال، پردازش تصاویر دیجیتال به وسیله کامپیوتر دیجیتال است.
تصویر دیجیتال مرکب از تعداد متناهی از عناصر است، که هر کدام دارای مکان و مقدار خاصی است. این عناصر را، عناصر تصویر، عناصرعکس، پِل ها و پیکسل ها می نامند.
پیکسل متداول ترین واژه برای نامگذاری عناصر تصویر است.
بینایی، پیشرفته ترین حس ما است. لذا تعجبی ندارد که تصاویر مهمترین نقش را در ادراک انسان ها داشته باشد، اما، برخلاف انسان ها که محدود به باند بصری طیف الکترومغناطیسی(EM) هستند، ماشین های تصویر ساز تقریبا کل طیف EM را پوشش می دهند. از گاما تا امواج رادیویی. آنها می توانند بر روی تصاویر تولید شده توسط منابعی عمل کنند که انسان ها عادت ندارند به تصاویر نسبت دهند. این ها شامل ماورای صوت، میکروسکوپی الکترونی، و تصاویر تولید شده توسط کامپیوتر است.
بنابراین پردازش تصویر دیجیتالی، گستره وسیع و حوزه متنوعی از کاربردها را دربر می گیرد.
بین نویسندگان مختلف درباره حدود پردازش تصویر و سایر حوزه ها، مثل تحلیل تصویر و بینایی کامپیوتر، توافق کلی وجود ندارد. گاهی با ارائه این تعریف از پردازش تصویر که «نظامی است که در آن ورودی و خروجی یک فرآیند، تصویر هستند» حدود مشخص می شوند.
اعتقاد داریم که این تعریف یک مرز مصنوعی و محدود کننده است. به عنوان مثال، تحت این تعریف حتی کار عادی محاسبه میانگین شدت تصویر(که یک عدد را تولید میکند)، عملیات پردازش تصویر محسوب نخواهد شد.
از طرف دیگر حوزه هایی مثل بینایی کامپیوتر وجود دارند که هدف نهایی آنها استفاده از کامپیوترها برای شبیه سازی بینایی انسان هاست. از جمله یادگیری و توانایی استنتاج و انجام عملیات بر اساس ورودی بصری.
خود این حوزه شاخه ای از هوش مصنوعی(AI) است که هدف آن شبیه سازی هوش انسانی است.
حوزه AI در مراحل اولیه توسعه است، به طوری که پیشرفت در آن از آنچه که در ابتدا پیش بینی میشد کمتر است. حوزه تحلیل تصویر(که درک تصویر نیز نام دارد) بین پردازش تصویر و بینایی کامپیوتر قرار دارد.
2-1 منشا پردازش تصویر دیجیتال
یکی از اولین کاربردهای پردازش تصویر، در صنعت روزنامه بود، که تصاویر توسط کابل زیردریایی بین لندن و نیویورک ارسال شدند. معرفی سیستم انتقال عکس توسط کابل Bartlane در اوایل دهه 1920، زمان لازم برای انتقال تصویر را در آتلانتیک از بیش از یک هفته به کمتر از سه ساعت تقلیل داد.
تجهیزات چاپ ویژه ای، عکس ها را برای انتقال از طریق کابل رمزگذاری کردند وسپس آنها را در سمت گیرنده بازسازی نمودند.
سیستم های Bartlane اولیه قادر به رمزگذاری تصاویر در پنج سطح روشنایی بودند. این قابلیت در سال 1929 به 15 سطح افزایش یافت.
اولین کامپیوترهایی که توان لازم را برای اجرای کارهای پردازش تصویر ارزشمند داشتند، در اوایل دهه 1960 پیدا شدند. تولید چیزی که امروزه به نام پردازش تصویر دیجیتال می خوانیم.
از دهه 1960 تا کنون حوزه پردازش تصویر رشد زیادی داشته است. علاوه بر کاربردها در پزشکی و برنامه فضایی، اکنون تکنیک های پردازش تصویر دیجیتال در گستره وسیعی از کاربردها استفاده می شدند.
نمونه هایی از مسئله ها در ادراک ماشینی که در تکنیک های پردازش تصویر دیجیتال استفاده می کنند، عبارتند از:
- تشخیص خودکار کاراکتر
- بینایی ماشین صنعتی برای مونتاژ
- بازسازی محصول
- تشخیص نظامی
- پردازش خودکار اثر انگشت ها
- نمایش تصاویر اشعه ایکیس
- نمونه های خونی
- پردازش ماشین تصاویر هوایی و ماهواره ای برای پیش بینی های هواشناسی و برآوردهای محیطی.
3-1 مراحل اساسی در پردازش تصویر دیجیتال:
شکل-1 مراحل اساسی در پردازش تصویر دیجیتال
اولین مرحله در شکل بالا تصویربرداری است، این مرحله می تواند به حدی ساده باشد که، یک تصویر دیجیتال در اختیار قرار گیرد. بطور کلی، مرحله تصویربرداری شامل پیش پردازش است، مثل تعیین اندازه تصویر.
ارتقای تصویر، فرآیند دستکاری یک تصویر است، بطوری که نتیجه آن برای یک کاربرد خاص، بسیار مناسب تر از اصل آن است. به عنوان مثال روشی که کاملا برای ارتقای تصاویر اشعه ایکس مفید است، ممکن است برای ارتقای تصاویر ماهواره ای که در باند مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی گرفته شده مناسب نباشد.
بازیابی تصویر، حوزه ای است که با بهبود و نمای تصویر سروکار دارد. برخلاف ارتقا که ذهن گرایانه است، بازیابی تصویر، واقع گرایانه است. زیرا تکنیک های بازیابی مبتنی بر مدل های ریاضی یا آماری مربوط به تنزل تصویر است. ارتقا مبتنی بر ترجیحات ذهن انسان است که مشخص می کند چه عواملی باعث ارتقای تصویر می شود.
پردازش تصویر رنگی، حوزه ای است که اهمیت آن در حال افزایش است، زیرا از تصاویر دیجیتال به طور فزاینده ای در اینترنت استفاده می شود.
موجک ها(موج های کوچک)، مبنای نمایش تصاویر با دقت های متفاوت است.
فشرده سازی، با تکنیک هایی برای کاهش حافظه مورد نیاز تصویر یا پهنای باند مورد نیاز برای انتقال آن سروکار دارد.
پردازش شکل شناسی، با ابزارهایی برای استخراج قطعات تصویری به کار می رود که در نمایش و توصیف شکل مفید هستند.
روش های بخش بندی، تصویر را به اجزای سازنده آن، یا اشیا تبدیل می کند. بطور کلی بخش بندی خودمختار، یکی از دشوارترین کارها در پردازش تصویر دیجیتال است.
نمایش و توصیف، تقریبا همیشه پس از خروجی بخش بندی می آید، که داده های خام پیکسل است که یا مرز آن ناحیه یا تمام نقاط آن ناحیه را میسازد. در هر دو مورد، تبدیل داده ها به شکلی مناسب برای پردازش کامپیوتر، ضروری است.
تشخیص، فرآیندی است که برچسبی(مثلا “وسیله نقلیه”) را بر اساس توصیفگر یک شی به آن نسبت می دهد.
- پردازش تصویر دیجیتال
1-2 نمونه برداری و کمی سازی تصویر
روش های متعددی برای تصویر برداری وجود دارد. اما هدف ما در تمام آنها یکسان است. تولید تصاویر دیجیتال از داده های حس شده. خروجی اغلب حسگرها یک ولتاژ موج شکل است که دامنه و رفتار فضایی آن به پدیده فیزیکی که در حال حس شدن است ارتباط دارد. برای ایجاد تصاویر دیجیتال لازم است داده های حس شده پیوسته به شکل دیجیتال درآید. این کار شامل دو فرآیند است:
- نمونه برداری و کمّی سازی.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.