بخشی از مقاله
خلاصه
تصاویر اکتساب شده از یک جسمی که حول یک محور فرضی عمود برآن میچرخد، تصاویر تار چرخشی ایجاد میکند. هرچقدر از مرکز چرخش که منطبق بر مرکز تصویر تار است دورتر شویم، تاری افزایش مییابد و به همین دلیل تاری ناشی از حرکت چرخشی از نوع تاری متغیر فضایی است که باعث میشود حذف تاری ناشی از حرکت چرخشی تصاویر، یک مسئله محاسباتی بسیار پیچیدهای گردد. یک روش ترکیبی جدید بر پایه دکانولوشن جهت حذف تاری چرخشی با فرض معلوم و ثابت بودن مرکز چرخش ارائه میدهیم. سه اصل اساسی سرعتبالای بازگردانی، فضای ذخیرهسازی کمحافظه و بازگردانی کامل تصاویر، الزامات ضروری جهت حذف تاری ناشی از حرکت چرخشی تصاویر است. در این روش، تاری متغیر فضایی به یک سری مسیرهای تار دایرهای هممرکز تجزیه میشود و سپس الگوریتم پیشنهادی را جهت حذف تاری به تصاویر تار اعمال می نمائیم. جهت بازگردانی کامل تصاویر تار ، حاشیههای تصاویر تار را مقدار گذاری میکنیم تا کلیه مسیرهای تار دایرهای هممرکز، داخل تصویر تار مستطیلی قرار گیرند. نتایج آزمایشها از کارآمدی وبرتری الگوریتم پیشنهادی حکایت دارد و نشان میدهد که این روش ترکیبی جدید از سرعتبالای بازگردانی، فضای ذخیرهسازی کمحافظه و بازگردانی کامل تصاویر با خطای RMSE کمتر از 12 برای زاویه چرخش 40 درجه ، برخوردار است.
کلمات کلیدی: بازگردانی تصویر، تار زدایی تصویر، تاری متغیر فضایی، حرکت چرخشی، تاری چرخشی.
.1 مقدمه
تصاویر تخریبشده ممکن است در اثر اضافه شدن انواع نویزها به تصویر، حرکت دوربین یا حرکت و چرخش صحنه تصویر در مقابل دوربین، شرایط محیطی نامناسب، عدم تمرکز صحیح دوربین و ... بوجودآید. در این مقاله، قصد داریم یک تصویر تاری1را که در اثر چرخش تصویر سالم یا چرخش دوربین، تار شده است را ترمیم و اصلاح نمائیم؛ بنابراین، حوزه کاری ما به بازگردانی تصویر 2مربوط میشود. بازگردانی تصویر از مهمترین واصلیترین مراحل پردازش تصویر است و همانند روشهای بهبود کیفیت تصاویر،1 هدف اصلی روشهای بازگردانی تصویر، بهبود تصویر با توجه به انواع روشهای موجود است.[1]
مسئله بازگردانی تصاویری که ناشی از حرکت چرخشی تارشده اند را در شکل زیر بهطور کامل شرح میدهیم. در شکل - - 1 صفحهای با سرعت زاویه ثابت بهوسیله یک موتور الکتریکی چرخیده است و یک دوربین 2 ثابت بالای صفحه در حال چرخش قرار میگیرد. محور نوری دوربین با محور چرخش موازی است و یا در حالت مشابه محور نوری دوربین عمود بر تصویر است. دوربین تصاویری از یک زمینه موردعلاقه در صفحه در حال چرخش میگیرد.به علّت چرخش صفحه و زمان آشکارسازی T دوربین، تصویر گرفتهشده تار میشود.[2] این آزمایش برای حالتی که تصویر ثابت است و دوربین موازی محور نوری و منطبق با مرکز تصویر میچرخد صادق است و تاری ایجادشده همانند تاری آزمایش زیر است.
بهطورکلی تاری ناشی از حرکت چرخشی دوربین یا صحنه تصویر به دلیل کم بودن سرعت شاتر نسبت بهسرعت چرخش دوربین است. به این معنی که سرعت چرخش دوربین در موقع تصویربرداری بیشتر از سرعت باز و بسته شدن دریچه دیافراگم دوربین است و این سبب شده در مدتزمان باز بودن دریچه دیافراگم، نورگیری از یک نمای متحرک انجام شود و درنتیجه تصویر تار چرخشی ایجاد شود. اگرچه افزایش سرعت شاتر و کاهش زمان نوردهی باعث حذف نسبی تاری تصویر میگردد ولی این موضوع باعث تاریکی تصویر و همچنین ازدیاد نویز در آن میگردد . درنتیجه روش مذکور، روش مناسبی برای حذف تاری محسوب نمیشود. شکل - 2 - این واقعیت را بهروشنی بیان میکند.
این مشکلات میتواند با استفاده از فنهای مختلف به دو روش سختافزاری و نرمافزاری برطرف شود. منظور از روش سختافزاری در اینجا دستگاههای دارای دندههای ماشینی و موتورهای الکتریکی با دقت بالا یا کلیدهای سختافزاری روی دوربینهای SLR هستند که میتوانند حرکت اجسام را در فضا دنبال کنند. باوجوداینکه تار زدایی تصویر، مبحث شناختهشدهای در تصویربرداری دیجیتال است، اما بیشتر تحقیقات بر روی تار شدگیهای حرکت خطی تمرکز داشتهاند و تحقیقات کمی در مورد تار شدگی حرکات مرکب و پیچیده مانند حرکت چرخشی انجامشده است. لذا دستگاههای تصویربرداری که در انواع تجهیزات نظامی از قبیل پهپادها، موشکها، ماهوارهها، بالگردها، تلسکوپها و .... نصب میشوند در اثر حرکتهای پیچیده مانند چرخش نیازمند روشی کمهزینه جهت تار زدایی تصویر میباشند که تاری ناشی از حرکت چرخشی دوربین یا تصویر از بین برود.
در مواردی که امکان تصویربرداری مجدد از صحنه نبوده و تصویر اکتساب شده نیز تار و نویزی است ضرورت و اهمیت این مقاله بهخوبی نمایان میشود. همچنین در مواردی که ساخت سختافزارها مانند موتورهای ردیاب بر روی دوربین بسیار سخت و پرهزینه است و یا کیفیت تصویربرداری دوربین در اثر حرکت چرخشی نامناسب است میتوان با استفاده از روش نرمافزاری مبتنی بر پردازش تصویر، این مشکلات را بهطور کامل برطرف نمود که به مروری بر کارهای انجامشده در این زمینه میپردازیم:
در مرجع[3] تصاویر تار چرخشی توسط عمل دکانولوشن چرخشی بازگردانی میشوند. درروش دکانولوشن چرخشی، با توجه به اینکه تار شدن تصویر با استفاده از کانولوشن چرخشی مدلسازی شده است، برای حذف آن ابتدا از بردارهای سطری آرایههای تصویر تار شده و بردارهای تار کننده تبدیل فوریه گسسته میگیریم، سپس هریک از بردارهای سطری آرایههای تصویر را بر بردار تار کننده متناظرش تقسیم میکنیم و از آن عکس تبدیل فوریه گسسته میگیریم. روش دکانولوشن چرخشی اگرچه از سرعت بسیار بالایی برخوردار است اما در بازگردانی گوشههای تصویر ناتوان بوده و همچنین در صورت اینکه به تصویر تخریبشده نویز نیز اضافه شود این روش نمیتواند تصویر را بهخوبی بازگردانی نماید.
مرجع[4] ابتدا روش دکانولوشن چرخشی را از طریق صفر گذاری در حاشیهها و فیلترگذاری بر روی تصویر، اصلاح و بهبود میدهد و سپس خروجی بهعنوان حدس اولیه، در اختیار روش بازسازی تکراری گرادیان مزدوج گذارده میشود، با استفاده از این حدس الگوریتم بازگشتی به بازسازی دوباره تصویر تخریبشده میپردازد. نتایج این پژوهش نشان میدهد که در گوشههای تصویر، لبهها و مرکز دوران، بازگردانی بهخوبی صورت میگیرد و همچنین این روش ترکیبی با توجه به سیگنال به نویزی که تصویر نهایی تار زدایی شده دارد، از سرعت بالایی نسبت به روشهای غیرترکیبی دارد. از معایب این روش میتوان بهوقت گیر بودن و پیچیدگی محاسبات اشاره کرد. روشهای دیگری در مراجع [2]،[5]،[6]،[9] و [13] تصاویر تار چرخشی را با استفاده از تبدیلات مختصات هندسی بازگردانی نمودهاند. در این روشها ابتدا کرنل تاری تصویر تار از تبدیل مختصات مستطیلی به مختصات قطبی تخمین زده
