سیستم پردازشگر تصویر با قابلیت تعقیب هدف متحرک

سیستم پردازشگر تصویر با قابلیت تعقیب هدف متحرک

چکیده
مقدمه
تصاویر دیجیتال
تصاویر دیجیتال
فرمت تصویر RGB
ویژوال بیسیک
زبانی شیء گرا
ویژوال بیسیک زبانی شیءگرا
میکروکنترلر های AVR
مقدمه اي بر ميكروكنترلرهاي AVR
کامپایلر بسکام
معرفي منوهاي محيط BASCOM
منوي FILE
مراجع

چکیده
در دهه 1980 استفاده از تکنولوژی تصاویر دیجیتال تحولات عظیمی را در عرصه جهانی بوجود آورد . استفاده از این تکنولوژی که در مراحل اولیه منحصر به شرکت های محدودی بود ، در دهه های اخیر رشد و گسترش شدیدی را موجب شده بطوری که در این زمان کمتر کسی از تصاویر دیجیتالی و ادوات و دستگاههای آن استفاده نمی کند . در عصر حاضر با ظهور فناوری های پیچیده در زمینه قطعات الکترونیک نظیر میکروپروسسورها و پردازنده های کامپیوتری و میکروکنترلرها کار و تحقیق پیرامون این مسئله فراگیر تر شده است .
در این پایان نامه با استفاده از مفاهیم اولیه پردازش تصویر و الگوریتم Subtraction & Compare تصاویر دریافتی از یک دوربین را مورد پردازش قرار داده و از آن جهت دنبال نمودن هدف متحرک استفاده کرده ایم .

سیستم پردازشگر تصویر با قابلیت تعقیب هدف متحرک
همانطور که می دانیم تصاویر دیجیتالی از عناصری بنام پیکسل تشکیل شده اند که در تصاویر رنگی هر پیکسل از سه مولفه R,G,B تشکیل شده اند . تصاویر خروجی ارسال شده از دوربین دارای فرمت RGB می باشد . در برنامه ای که به زبان ویژوال بیسیک نوشته شده ، پس از دریافت این تصاویر و پردازش آنها ، با توجه به موقعیت جسم متحرک در صفحه ، اطلاعاتی به یک کنترل کننده دوربین فرستاده می شود . این کنترل کننده از یک میکروکنترلر خانواده AVR به شماره Atmga16 استفاده می نماید و با کنترل یک موتور که به دوربین متصل می باشد آنرا همواره در جهت تعقیب هدف هدایت می نماید .
مقدمه
اگر کمي در تاريخ مطالعه کنيم در مي يابيم که ابتدايي ترين ارتباطات انسانها با يکديگر بر اساس تصاوير بوده است . در زمانيکه زبان و صحبت کردن مفهومي نداشت انسانها منظور خود را با کشيدن تصاوير و اشکال براي همديگر بيان مي کردند. بسياري از وقايع تاريخي و باستاني نيز از روي تصاوير حک شده در ديواره غارها و عمارات قديمي ثبت شده اند . حتي علوم طبيعي نيز از تصاوير بهره زيادي برده اند که نمونه آن فسيلها مي باشد. اما از زماني که صنعت عکاسي و در پي آن تصويربرداري اختراع گرديد مفهوم تصوير براي همگان عوض شد و باعث شد تصاوير گذشته به نقاشي يا طراحی و … تغيير نام پيدا کند . صنعت تصوير برداري ثابت و درپي آن متحرک اختراع شد و امروزه به جرات مي توان گفت که تصاوير تلويزيوني و رقومي جزء لاينفک زندگي بشر شده است .

سیستم پردازشگر تصویر با قابلیت تعقیب هدف متحرک
در اوايل دهه 60 سفينه فضايي رنجر 7 متعلق به ناسا شروع به ارسال تصاوير تلويزيوني مبهمي از سطح ماه به زمين کرد . استخراج جزئيات تصوير براي يافتن محلي براي فرود سفينه آپولو نيازمند اعمال تصميماتي روي تصاوير بود . اين کار مهم به عهده لابراتوار (JPL) Jet Propulsionقرار داده شد . بدين ترتيب زمينه تخصصي پردازش تصاوير رقومي آغاز گرديد و مثل تمام تکنولوژي های ديگر سريعاً استفاده هاي متعدد پيدا کرد .
ابتدايي ترين کاربردهاي پردازش تصاوير رقومي در دهه 60 و70 جنبه هاي نظامي و جاسوسي بود که باعث شد نياز به تصاوير با کيفيت بالاتر بوجود آيد . پس از آن مصارف ديگري براي تصاوير رقومي سطح زمين پيدا شد که کاربرد تصاوير چند طيفي (Multi Spectral) در کشاورزي و جنگل داري از آن جمله است . همچنين با استفاده از تصاوير رقومي عملياتهايي مثل کنکاش نفت در سرزمين هاي دور افتاده و يا رديابي منابع آلودگي شهري از داخل دفتر کار متخصصين آنها انجام شد .
بزودي کاربردهاي زميني زيادتري براي پردازش تصاوير رقومي پيدا شد . از اواسط دهه 70 تا اواسط دهه 80 اختراع اسکنر ها ي CAT يا (Computerized Arial Topography ) و اسکنر هاي MRI يا (Magnetic Resonance Imagery ) پزشکي را متحول کردند . صنعت چاپ استفاده کننده بعدي بود . در اواخر دهه 80 پردازش تصاوير رقومی وارد دنياي سرگرمي شد بطوريکه امروزه اين نقش به امر عادي تبديل شده است . بهمين ترتيب دنياي صنعت با روباتهايي که عملا مي بينند يعني در واقع با ظهور تکنولوژي Machine Vision متحول شد و هنوز هم در حال تحول است .
هر ساله با سريعتر و ارزانتر شدن کامپيوتر ها و ايجاد امکان پخش تصاوير با استفاده از تکنولوژي ارتباطات، افراد بيشتري به اين تصاوير دسترسي پيدا مي کنند. کنفرانس هاي ويدئويي يک روش زنده براي انجام کسب و کار شده اند و کامپيوتر ها ي خانگي توانايي نمايش و مديريت تصاوير را به خوبي پيدا کرده اند . خوشبختانه با بالاتر رفتن سرعت پردازش و فضاي حافظه کامپيوترها ديگر از بابت امکانات پردازش تصاوير نگراني ها کمتر شده است و روز به روز اين روند رو به رشد ادامه پيدا مي کند .

سیستم پردازشگر تصویر با قابلیت تعقیب هدف متحرک
فراگير شدن حضور پردازش تصاوير رقومی بدون شک ادامه پيدا خواهد کرد زيرا در هر جايي که تصاوير جا پايي براي خود پيدا کرده اند خيلي زود غير قابل جايگزين شده اند اين موضوع بود که ما را بر آن داشت در اين راه قدم بنهيم تا شايد در آينده بتوانيم خود را با اين رشد روز افزون هماهنگ نماييم.

تصاویر دیجیتال

تصاویر دیجیتال
امروز پردازش تصویر دیجیتال عرصهُ بسیار وسیع علمی و اقتصادی را به خود اختصاص داده است. شاید بشود گفت اولین فعالیتی که در زمینه پردازش تصویر انجام گرفت در سال 1920 بوده است. در آن زمان برای انتقال روزنامه بین لندن و نیویورک از خطوط کابلی که بر روی اقیانوس آتلانتیک کشیده شده بود استفاده می کرد. و برای کاهش زمان ارسال روزنامه ها ابتدا اطلاعات را کد میکرددند و بعد می فرستادند. همین امر منجر به این می شد که مدت زمان ارسال یک تصویر از بیش از یک هفته به کمتر از 3 ساعت تقلیل پیدا کند. در حال حاضر طیف وسیعی از کاربردهای علمی و صنعتی در پردازش تصویر به وجود آمده است. ذخیره و ارسال تصاویر عکس برداریهای ماهواره ای و هوایی، پردازش تصویر پزشکی، پردازش تصویر صوتی در سونوگرافی و رباتهای هوشمندی که قابلیت تشخیص قطعات و وسایل را دارند. تلفنهای تصویری و بالاخره تجهیزات پردازش تصاویر پزشکی که کمک شایانی در تشخیص بیماری ها میکنند، همگی ماحصل فعالیتهایی است که در زمینه مهندسی تصویر انجام گرفته است.
و اما پردازش تصویر چیست؟
اگر به زبان ساده جواب دهیم اساس پردازش تصویر بر این است که ابتدا تصویر را با دیجیتال کردن به ماتریسی از اعدد تبدیل میکنیم و سپس عملیات محاسباتی و منطقی مختلفی را بر روی آن انجام میدهیم و بعد از آن تصویر خروجی را با استفاده از ابزارهای نماش مثلاُ مونیتور نشان میدهیم.
برخی مفاهیم اولیه :
1- ساختمان تصویر دیجیتال
پیکسل : ارزش‌ هر پيكسل‌ در تصوير ديجيتال‌ ، يك‌ ناحيه‌ كوچك‌ در تصوير پيوسته (آنالوگ)‌ رقمي‌ شده‌ را ارائه‌ مي‌كند براي‌ مثال‌ تصور كنيد كه‌ از سياره‌ ونوس‌ در امتداد سطح‌ سياره‌ هر 10 متر ، یک بار نمونه‌ برداري‌ مي‌كنیم اين‌ نوع‌ نمونه‌ برداري‌، يك‌ شبكه‌ نمونه‌ برداري‌ مربع‌ شكل‌ را تعريف‌ مي‌نمايد كه‌ هر پيكسل‌ مبين‌ يك‌ منطقه‌ 10 متر در 10 خواهد بود .

سیستم پردازشگر تصویر با قابلیت تعقیب هدف متحرک
به عبارت دیگر تصویر دیجیتال را میشود ماتریسی از داده ها تصور کرد ما کوچکترین واحد هر تصویر را Pixel می نامیم . در ساده ترین تصاویر عددی که ماتریس تصویر نشان می دهد برابر میزان روشنایی تصویر است که آن را نیز اصطلاحاُ Intensity می نامیم. همانطور که گفتیم بین هر تصویر دیجیتال و ماتریس اطلاعات آن تناظر یک به یک وجود دارد. تعداد بیتهای Bits Depth که برای هر Pixel از تصویر در نظر گرفته می شود بیانگر ویژگی دیگری از تصویر است کهContrast تصویر نامیده می شود بیتهای بیشتر تعداد سطوح روشنایی بیشتری را در تصاویر نشان می دهد . بدیهی است که چشم انسان قادر است تا حد محدودی این اختلاف سطوح روشنایی را تشخیص دهد.
افزایش تعداد Pixel ها برای یک تصویر وضوح آن بیشتر میکند که این خاصیت تصویر را Resolution آن می گویند .
در تصاوير ديجيتال‌، رنگ‌ با استفاده‌ از سه‌ عدد به‌ ازاي‌ هر پيكسل‌ مشخص‌ مي‌شود كه‌ اين‌ سه‌ عدد بيانگر شدت‌ سه‌ رنگ‌ اصلي‌ قرمز، سبز و آبي‌ مي‌باشند. تركيب‌ اين‌ سه‌ رنگ‌ اصلي‌ همه‌ رنگ‌هاي‌ ممكن‌ را كه‌ چشم‌ انسان‌ مي‌تواند درك‌ كند، توليد مي‌كند. براي‌ ذخيره‌ هر يك‌ از شدت‌هاي‌ رنگ‌، از يك‌ بايت‌ استفاده‌ مي‌گردد. كه‌ اين‌ كار امكان‌ دريافت ‌8/16 = (256x 256 x 256) ميليون‌ رنگ‌ مختلف‌ را توليد مي‌كند.
داده های تصویر به روشهای مختلف در فایل یا محل حافظه ذخیره میگردد. که در این قسمت مروری کوتاه بر این فرمتها خواهیم داشت :
تصاویر سیاه و سفید
Intensity
به هر Pixel به صورت مستقیم عددی نسبت داده میسود که نمایانگر میزان روشنایی آن است.

فرمت تصویر Intensity
تصاویر رنگی
RGB
به هر Pixel سه عدد متوالی نسبت داده می شود که هر کدام نمایانگر شدت روشنایی رنگهای قرمز و سبز و آبی است.

فرمت تصویر RGB
Indexed
در فرمت Indexed دو ماتریس برای هر تصویر در نظر گرفته می شود ماتریس اول ماتریسی است که به آدرس ستونی از ماتریس دومی اشاره میکند و ماتریس دوم که هر ستون آن نمایانگر یک رنگ می باشد یک ماتریسN*3 است که N تعداد کل رنگهاست هر سطر آن نیز به یکی از سه رنگ اصلی اختصاص پیدا می کند.

سیستم پردازشگر تصویر با قابلیت تعقیب هدف متحرک

فرمت تصویر Indexed
امّا همواره آنچه مورد نظر است، ارسال كلّيات تصوير از جمله خصلت روشنايي پيكسل ها مي باشد. چنانچه طبق بررسي متخصّصان، چشم انسان به شدّت روشنايي خيلي بيشتر از تنوّع رنگ حسّاس است و بنابراين تنوّع رنگ از لحاظ اهميّت بعد از ميزان روشنايي تصوير قرار مي گيرد.
HSI
ما برای هر رنگ ۳ مشخصه می توانيم نام ببريم :
۱- نام رنگ (Hue) :
مثلا آبی يا آبی متمايل به سبز يا ….
۲- شدت رنگ :
اگر دقت کرده باشيد هر رنگ ميتواند پر رنگ يا کم رنگ باشد اما ماهيت ذاتی آن ثابت است و فقط کم رنگ تر يا پررنگ تر می شود ( Saturation)
۳- روشنايی يا تيرگی رنگ :
می توان به یک رنگ خاص نور تاباند که روشناييش زياد شود ، يا نور تابیده به آن را کم کرد که روشناييش کم شود البته ميتوان آنقدر کم کرد که

سیستم پردازشگر تصویر با قابلیت تعقیب هدف متحرک

پسورد فایل: www.bazaarfile.ir

مطالعه بیشتر