معالجة الأشارة Signal Processing هي مجال في الهندسة ألكهربائية والرياضيات يتعامل مع تحليل ومعالجة الأشارات ألتناظرية Analog والرقمية Digital،ويتعامل مع التخزين storing والفلترة filtering،والعمليات الأخرى ألتي يتم تطبيقها على الأشارات.تتضمن أشارات الأرسال،اشارات الصوت وألصورة

معالجة الصور ألرقمية – مقدمة

Digital Image Processing-Introduction

أهلاً بكم في سلسلة دروس معالجة الصور ألرقمية (Digital Image Processing) حيث سنتطرق ألى ألتعريف بمفاهيم هذا ألمجال ألذي حازَ على أهتمام ألكثير من العلماء والباحثين لتطوير خوارزميات وتطبيقات ساعدت على أنجازات مهمة في ألحياة أليومية،وللمساهمة في أثراء هذا الجانب لأخوتنا وزملائنا (وخصوصاً أن هذا ألكورس نقدمه باللغة العربية) وعسى أن ينال رضاكم وأستحسانكم. 

معالجة الأشارة Signal Processing هي مجال في الهندسة ألكهربائية والرياضيات يتعامل مع تحليل ومعالجة الأشارات ألتناظرية Analog والرقمية Digital،ويتعامل مع التخزين storing والفلترة filtering،والعمليات الأخرى ألتي يتم تطبيقها على الأشارات.تتضمن أشارات الأرسال،اشارات الصوت وألصورة .. ألخ.
من بين كل هذه الأنواع من الأشارات ألتي تم ذكرها،فأن المجال ألذي يتعامل مع نوع الأشارات ألتي يكون الأدخال input فيها عبارة عن صورة ،والأخراج output هو صورة أيضاً يتم في معالجة ألصور Image Processing.
وتُقسم ألى نوعين:

1-    معالجة ألصور ألتناظرية Analog Image Processing:

تتم معالجة الصور ألتناظرية في الأشارات ألتناظرية Analog Signals،وتشمل هذه ألمعالجة على الأشارات ألتناظرية ألثنائية الأبعاد.تتم معالجة هذه الصوربالطرق الكهربائية عن طريق تغيير الأشارة ألكهربائية Electric Signal، على سبيل ألمثال ألصور ألتي تظهر في التلفاز.

2-    معالجة الصور الرقمية Digital Image Processing:

تتم معالجة الصور الرقمية بواسطة تطوير نظام رقمي يؤدي عمليات مختلفة على الصورة ألرقمية.
والآن لنقوم بالتعرف على ألصورة Imageومن ماذا تتكون وماهي خصائصها:

ماهي الصورةImage :

ألصورة هي أشارة ثنائية الأبعاد two dimensional signal،يتم التعبير عنها رياضياً من خلال f(x,y) حيث x,y هي الأحداثيات ألأفقية والعمودية.وتكون قيمة f(x,y) في أي نقطة تعطي قيمة البكسل عند تلك النقطة من ألصورة.

لصورة أعلاه هي مثال للصورة ألرقمية ألتي نشاهدها عادةً على أجهزة ألحاسوب أو الجوال.لكن في حقيقة الأمر أن هذه الصورة عبارة عن مصفوفة ثنائية الأبعاد تضم أرقام تتراوح بين 0 و 255.

50	36	127
77	146	240
112	206	158
129	242	67

كما نرى في المصفوفة أعلاه،حيث يمثل كل رقم فيها قيمة الدالة f(x,y) عند نقطة معينة،وتكون ابعاد ألصورة في حقيقة الأمر هي أبعاد ألمصفوف ألثنائية الأبعاد كما في المصفوفة أعلاه.

ألعلاقة بين الصورة ألرقمية و الأشارة:

أذا كانت ألصورة ألرقمية هي عبارة عن مصفوفة ثنائية الأبعاد،أذن يتبادر ألى ذهننا سؤال مهم وهم ما هي علاقتها بلآشارة؟ لكي نجيب على هذا السؤال،علينا أولاً توضيح ماذا نعني بلأشارة.

الأشارة Signal:

من الجانب ألمادي،يمكننا وصف أي كمية قابلة للقياس خلال الزمن وعبر ألفضاء أو أي بعد ذات مستوى أعلى كأشارة.الأشارة هي دالة رياضية وظيفتها نقل بعض المعلومات.
يمكن أن تكون الأشارة ذات بعد واحد أو ثنائية الأبعاد أو قد تكون ذات بعد أعلى كذلك. الأشارة ذات البعد الواحد هي أشارة يتم قياسها بالنسبة للزمن وكمثال للأشارة ذات البعد الواحد هي الأشارة الصوتية.
الأشارة الثنائية الأبعاد هي أشارة يتم قياسها بالنسبة لكميات مادية أخرى،وكمثال على هكذا نوع من الأشارة هي ألصورة الرقمية.
الان لنتكلم عن العلاقة بين الصورة ألرقمية والأشارة،طالما أي شيء ينقل المعلومات أو يبث رسالة في أرض الواقع بين أثنين هو أشارة،ألذي يتضمن ألكلام (ألصوت البشري) أو الصورة كأشارة.
عندما نتكلم فأنه يتم تحويل صوتنا ألى أشارة صوتية ويتم تحويلها بالنسبة للزمن ألى ألشخص ألذي نتحدث أليه،ليس ذلك فقط بل كذلك مايتعلق بعمل الكاميرا ألرقمية،فعند ألحصول على صورة تم ألتقاطها من كاميرا رقمية ألتي تتضمن نقل أشارة من جزء في النظام ألى آخر.

كيف تتشكل الصورة ألرقمية؟

بسبب أن ألتقاط صورة من كاميرا هي عملية فيزيائية،يتم أستخدام ضوء ألشمس كمصدر للطاقة.حيث يتم أستخدام مصفوفة ألمتحسس sensor لأكتساب acquisition ألصورة.لذلك عندما يسقط ضوء الشمس على الجسم،يتم أستشعار كمية ألضوء المنعكس بواسطة ذلك الجسم عن طريق ألمتحسس sensor ألموجود في الكاميرا وبعد ذلك يتم تكوين أشارة فولتية مستمرة continuous voltage signal ألتي أُنشئت من خلال كمية البيانات المحسوسة.
لأجل أنشاء صورة رقمية،نحتاج ألى تحويل هذه البيانات ألى شكل رقمي.وهذا يتضمن بالطبع عمليتي ألعينات sampling والتكميم quantization.وينتج عن هاتين العمليتين مصفوفة ثنائية الأبعاد ألتي هي عبارة عن ألصورة ألرقمية.

ألى هنا نصل ألى نهاية ألدرس الأول من سلسلة دروس (معالجة الصور الرقمية (Digital Image Processing أنتظرونا في ألدرس ألقادم.

م.م رسول حسن