El معالجة الصور بالحاسوب لقد أصبح عنصرًا أساسيًا في حياتنا اليومية، مؤثرًا في كل شيء، من التصوير الفوتوغرافي والأفلام إلى الطب والإعلان. في عالمٍ يتزايد فيه الاعتماد على الصور، أصبحت القدرة على معالجة الصور وتحسينها رقميًا ذات أهمية متزايدة، مع تطور برامج وتطبيقات الأجهزة المحمولة التي تتيح لك تعديل الصور في ثوانٍ. إليك كيفية عمل هذه المعالجة. نوع الملفات.
ما هي صورة الكمبيوتر؟
ل صورة رقمية أو صورة كمبيوترية هو تمثيل ثنائي الأبعاد لصورة مُكوّنة من مصفوفة رقمية، عادةً ما تكون ثنائية (تتكون من واحدات وأصفار). طبيعة الصورة قد تكون ثابتة أو متغيرة، مما يُحدد ما إذا كانت صورة مصفوفة (أو خريطة نقطية) أو رسمًا متجهًا، كما سنرى لاحقًا.
هناك طرق مختلفة للحصول على الصور الرقميةمثل مسح صورة ضوئيًا أو تصويرها لتحويلها إلى صورة رقمية. كما يمكن رسمها أو إنتاجها باستخدام برامج، أو إنتاجها باستخدام الذكاء الاصطناعي أو التصيير.
وأيضاً يجب أن تعلم أن هذه الصور الحاسوبية يمكن تعديلها يمكن تعديلها بسهولة باستخدام البرامج المناسبة، أي أنها ليست ثابتة. على سبيل المثال، يمكن استخدام أدوات تحرير متنوعة، وفلاتر، ومسح، وتغيير الحجم، وغيرها.
بمجرد إنشاء الصورة أو تعديلها، يمكن تخزين بتنسيق معين. هناك العديد من تنسيقات الصور، ولكل منها خصائصها الخاصة. على سبيل المثال، JPG، PNG، BMP، SVG، إلخ. لكل تنسيق خصائص للتخزين والتعديل أو العرض لاحقًا.
عموما، ملفات الصور يتم تخزينها وتتكون من عدة أجزاء مثل:
- اللوح الأمامي: يقوم بتخزين البيانات مثل السمات التي تشير إلى أبعاد الصورة ونوع الترميز (التنسيق) وما إلى ذلك.
- صورة ثنائية:هذه معلومات عن الصورة نفسها، أي كيف تتشكل الصورة من حيث الشكل والألوان وما إلى ذلك. ويمكن أن يختلف هذا الهيكل اعتمادًا على التنسيق.
- الفوقيةتتضمن الملفات أيضًا قسمًا للبيانات الوصفية، وهو معلومات إضافية قد تختلف اختلافًا كبيرًا حسب التنسيق. على سبيل المثال، قد يشمل ذلك حساسية التدرج، وتاريخ التعديل، ومنشئ الملف، وحتى بعض البيانات الشائعة الاستخدام في الكاميرات الرقمية أو بعض البرامج.
خصائص الصورة الرقمية
ال الخصائص الأساسية تشمل مكونات الصورة الرقمية ما يلي:
- قرار: يشير إلى عدد وحدات البكسل التي تُكوّن الصورة. ويُعبّر عنه عادةً بعدد وحدات البكسل في العرض والارتفاع، على سبيل المثال، 1920 × 1080 بكسل. تؤثر الدقة على جودة الصورة ووضوحها، فكلما زادت الدقة، زادت التفاصيل.
- عمق اللون (بت لكل بكسل): يشير إلى عدد البتات المستخدمة لتمثيل لون كل بكسل. على سبيل المثال، عمق لون 8 بت لكل قناة في نظام RGB يعني وجود 8 بتات (256 قيمة ممكنة) لتمثيل مكونات الأحمر والأخضر والأزرق لكل بكسل. يسمح عمق اللون الأعلى بتمثيل نطاق أوسع من الألوان، مما يوفر ثراءً لونيًا وتفاصيل أكثر في الصورة.
- مساحة اللون: يصف هذا الفصل كيفية تمثيل الألوان وتنظيمها في الصورة. من الأمثلة الشائعة: RGB (أحمر، أخضر، أزرق)، وCMYK (سماوي، أرجواني، أصفر، أسود)، وتدرج الرمادي. يؤثر الفضاء اللوني على دقة إعادة إنتاج الألوان، وهو أساسي في تطبيقات مثل التصميم الجرافيكي والطباعة والتصوير الفوتوغرافي.
- ابعاد متزنة: هي النسبة بين عرض الصورة وارتفاعها. يمكن التعبير عنها بنسبة (مثلًا، ١٦:٩) أو كسر (مثلًا، ٤/٣). تُحدد نسبة العرض إلى الارتفاع شكل الصورة ومظهرها المرئي، وهي أساسية للعرض على الشاشات وأجهزة الإسقاط.
- حجم الملف: هو مقدار المساحة التي تشغلها الصورة في وحدة التخزين الرقمية. يقاس بالبايت، أو الكيلوبايت (KB)، أو الميجابايت (MB)، أو أي وحدات أخرى. يؤثر حجم الملف على كفاءة تخزين الصور ونقلها ومعالجتها.
- تنسيق الملف: يُحدد كيفية تخزين بيانات الصورة وتنظيمها. من الأمثلة على ذلك JPEG وPNG وGIF وTIFF وغيرها الكثير، والتي يمكن أن تكون خاصة أو مفتوحة المصدر، مضغوطة أو غير مضغوطة. تتميز التنسيقات المختلفة بمزايا خاصة، مثل الضغط بدون فقدان (PNG)، والضغط الفعال مع فقدان البيانات (JPEG)، ودعم الرسوم المتحركة (GIF).
- البيانات الوصفية: البيانات الوصفية هي معلومات إضافية مُضمَّنة في الصورة، مثل تاريخ الإنشاء، والموقع الجغرافي، أو تفاصيل الكاميرا المُستخدمة. تُفيد البيانات الوصفية في تنظيم الصور وتصنيفها، بالإضافة إلى توفير معلومات سياقية حول الالتقاط.
تعتبر هذه الخصائص ضرورية لفهم الصور الرقمية والعمل معها، لأنها تؤثر على الجودة البصرية، والتلاعب، والنقل، وتخزين المعلومات البصرية.
أنواع الصور حسب التدريب
اعتمادًا على تكوين الصورة وأرشفتها، يمكننا أن نجد نوعين أساسيين يجب أن تعرفهما، مثل:
صورة نقطية
Un خريطة نقطية أو نقطيةصورة المصفوفة، والمعروفة أيضًا باسم صورة المصفوفة، هي مجموعة بيانات تُمثل شبكة مستطيلة من البكسلات أو النقاط الملونة. يمكن عرض هذه المصفوفة أو تعديلها، بالإضافة إلى إنشائها باستخدام برامج الرسم.
يتم عادةً تحديد خصائص صور البتات من خلال ارتفاعها وعرضها بكسل (مع إمكانية القيام بذلك بطرق أخرى)، بالإضافة إلى عمق اللون بالبت لكل بكسل. يُحدد العمق عدد الألوان المختلفة التي يمكن تخزينها في كل نقطة أو بكسل. أي أنه كلما زاد عمق البت، كانت جودة الصورة أفضل، أو على الأقل، زاد ثراء نطاق الألوان.
من المهم أيضًا ملاحظة أن كل نقطة أو بكسل تُشكل خريطة نقطية تحتوي على معلومات لونية مستقلة، ممثلة بقنوات منفصلة. يمكن أن تكون هذه الألوان بتنسيقات مختلفة، مثل تنسيق الألوان المعروف RGB، CMYK، LABإلخ. قد تتضمن بعض خرائط البت الأكثر تقدمًا قناة أو طبقة شفافية بنفس عمق الألوان، مما يسمح بمستويات مختلفة من الشفافية. يُستخدم هذا الأخير في الملفات المتقدمة مثل PNG أو TIFF، لأن صيغًا أخرى مثل BMP وJPG وغيرها لا تدعم الشفافية، وهي أبسط، إذ تعرض وحدات البكسل باللون المقابل لتكوين الصورة.
الصور النقطية لها أحد القيود مقارنة بالرسومات المتجهة هو أنه لا يمكن تغيير أبعادها. دون أي فقدان ملحوظ في الجودة. يمكن تكبيرها مع فقدان كبير في الجودة، كما يمكن تصغيرها، وفي هذه الحالة يكون الفقد أقل وضوحًا. لذلك، تُعد دقة الصورة النقطية أمرًا بالغ الأهمية. سواءً في تطبيقات التحرير أو في الأجهزة التي تلتقط هذه الصور، يمكن تعديل الدقة من الإعدادات. على سبيل المثال، يمكنك اختيار دقة صورة نقطية 512×512 بكسل، أو 1280×720 بكسل، وهكذا. كلما زادت الدقة، زاد حجم الملف المطلوب لتخزين الصورة، ولكن زادت تفاصيلها نظرًا لكثرة عدد البكسلات.
تخزن الرسومات النقطية ببساطة لون كل بكسل في المصفوفة في قسم الصورة الثنائية من الملف، مع العنوان والبيانات الوصفية. لهذا السبب، تُستخدم الخرائط النقطية على نطاق واسع لالتقاط الصور الرقمية والرسم في البرامج والتطبيقات الشائعة مثل Paint وCorel PaintShop وKrita وغيرها.
علاوة على ذلك، يجب أن يقال أن هذه الخرائط النقطية يمكن أن تكون تحويل من تنسيق إلى آخر باستخدام برنامج مناسب، يمكن ضغط الصور لتقليل مساحة التخزين، مما يجعلها أخف وزنًا وأقل استهلاكًا للوقت، مع أن هذا قد يؤدي إلى فقدان بعض الجودة. يمكن أيضًا تحويل الصور النقطية إلى صور متجهة. يُعرف تحويل الصور النقطية إلى صور متجهة باسم "التحويل إلى متجهات"، بينما تُعرف العملية العكسية لتحويل الصور المتجهة إلى صور نقطية باسم "التحويل إلى نقطي".
رسم متجه
ل صورة متجهالرسومات المتجهة، والمعروفة أيضًا باسم الرسومات المتجهة، هي تمثيل رقمي يتكون من كائنات هندسية، مثل المقاطع والمضلعات والأقواس والخطوط المتعددة والقطع الناقص والدوائر ومنحنيات بيزير وخطوط بيزييه والنص (TrueType أو FreeType) والجدران، كل منها محدد بخصائص رياضية مثل الشكل والموضع والزاوية واللون وما إلى ذلك. وهذا يسمح بصور حاسوبية أكثر ديناميكية بكثير من الخرائط النقطية.
وبالتالي، لدينا نوع مختلف من الصور عما رأيناه سابقًا في الخرائط النقطية، وهو عبارة عن مجموعة من البكسلات مع معلومات ألوانها. الميزة الرئيسية للرسومات المتجهة هي قدرتها على تغيير الحجم حجم الصورة دون أي فقدان للجودة. لذلك، يمكن إنشاء صورة بحجم معين ثم تحجيمها إلى الحجم المطلوب دون فقدان للبيانات. علاوة على ذلك، تتيح هذه التقنيات معالجة الصور وتمديدها وتحويلها بسهولة نسبية. ترجع هذه الإمكانيات إلى أنها لا تخزن وحدات البكسل وألوانها في خريطة أو مصفوفة، بل تخزن المعلومات في الصورة الثنائية للعناصر المكونة للصورة. لذا، فإن مجرد تغيير سمة الحجم يسمح بتحجيمها دون فقدان للبيانات.
بفضل هذه الديناميكية، تُستخدم الرسومات المتجهة بشكل شائع في الصور برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD)، للصور في PostScript، ومستندات PDF، لإنشاء خطوط أو أنواع الخطوط TrueType وOpenType وPostScript وما إلى ذلك، بالإضافة إلى ألعاب الفيديو التي تحتاج إلى التكيف مع حجم الشاشة أو دقتها، للمواقع الإلكترونية والإعلانات والطباعة وآلات القطع والرسم البياني وآلات CAM وCNC وما إلى ذلك.
يمكن أيضًا تنويع تنسيقات ملفات الرسومات المتجهة، كما هو الحال في خرائط البت. على سبيل المثال، لدينا بعض التنسيقات المعروفة باسم SWF وSVG وVMLمن بين برامج معالجة هذا النوع من الصور: Inkscape، وInDesign، وCorelDRAW، وAdobe Illustrator، وغيرها.
أخيرًا، تجدر الإشارة إلى أن الرسومات المتجهة يمكن أن تتضمن أيضًا شفافيات مثل الخرائط النقطية، وأنها تحتوي على بعض الميزات الأخرى ميزة فيما يتعلق بالخرائط النقطية، مثل:
- إنها تتطلب مساحة تخزين أقل، لأن معلومات المتجه بسيطة، مقارنة بالبتات والقنوات.
- إنها لا تفقد الجودة عند تغيير حجمها، مما يسمح بتوسيع غير محدود.
- بعض التنسيقات تدعم الرسوم المتحركة.
ومع ذلك، فهي لديها أيضا عيوب مقارنة بالخرائط النقطية، مثل ما يلي:
- وهي غير مناسبة لتشفير الصور أو مقاطع الفيديو في العالم الحقيقي، مثل تلك التي يتم التقاطها بواسطة الكاميرات والماسحات الضوئية وما إلى ذلك.
- تتطلب البيانات التي تصف الرسومات المتجهة معالجة، مما قد يُبطئ عملية العرض على الشاشات أو الطابعات. وحتى إذا بُنيت الصورة باستخدام الرسومات المتجهة، فيجب في النهاية ترجمة عرضها إلى بكسلات على الشاشة أو في الطباعة.
أنواع الصور حسب ضغطها
La ضغط الصورة إنها عملية أساسية في إدارة البيانات المرئية، إذ تسمح بتقليل أحجام الملفات دون فقدان كبير لجودة الصورة، مع أن هذا الفقد يعتمد على نوع تقنية الضغط المستخدمة. مع ذلك، فإن تصغير حجم الصورة أو تقليل مساحة التخزين قد يكون له مزايا عند استخدامها على مواقع الويب التي لا يُنصح فيها بإبطاء التحميل بسبب هذه الصور، أو لتوفير مساحة على وسائط التخزين.
ومن بين الصور المضغوطة يمكننا تسليط الضوء على التقنيات أو الخوارزميات على النحو التالي:
- ترميز طول التشغيل (RLE): إنها تقنية بسيطة وفعّالة لضغط الصور، وهي مفيدة بشكل خاص للصور ذات مناطق الألوان الثابتة. في هذه الطريقة، تُرمَّز تسلسلات متكررة من وحدات البكسل من خلال تمثيل قيمة البكسل وطول التسلسل. على سبيل المثال، يمكن ترميز صف من وحدات البكسل البيضاء (255) في صورة ما على أنه "255، 10" إذا كان هناك 10 وحدات بكسل متتالية بنفس القيمة. على الرغم من فعالية RLE في بعض السيناريوهات، إلا أن أداءها قد يكون محدودًا في الصور ذات تباينات الألوان والقوام الأكثر تعقيدًا، لأنها لا تستكشف أنماطًا أكثر تعقيدًا.
- JPEG (مجموعة خبراء التصوير الفوتوغرافي المشتركة): JPEG هو معيار ضغط صور شائع الاستخدام. بخلاف RLE، يستخدم JPEG أسلوب ضغط فاقِد، مما يعني فقدان بعض المعلومات المرئية، ولكنه يسمح بمزيد من الضغط. تعتمد خوارزمية JPEG على تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) والتكميم. في عملية JPEG، تُقسّم الصورة إلى كتل، ويُطبّق تحويل جيب التمام المنفصل على كل كتلة لتحويل المعلومات المكانية إلى معلومات ترددية. ثم تُجرى عملية التكميم، حيث تُخفّض قيم تحويل جيب التمام المنفصل لإزالة المعلومات الزائدة. يتم التحكم في مقدار الفقد من خلال الجودة المُختارة أثناء عملية الضغط. على الرغم من كفاءة JPEG العالية في الضغط، إلا أن فقدان المعلومات قد يكون ملحوظًا، خاصةً عند الضغط الشديد. علاوة على ذلك، فهو ليس مثاليًا للصور ذات المساحات اللونية أو التفاصيل الدقيقة.
- PNG (رسومات الشبكة المحمولة): تنسيق شائع آخر يستخدم الضغط بدون فقدان. بخلاف JPEG، يُعد تنسيق PNG مثاليًا للصور ذات الألوان المتجانسة والشفافية والتفاصيل الحادة. يستخدم خوارزمية ضغط تعتمد على التنبؤ والترشيح. في PNG، تُطبق سلسلة من المرشحات على كل سطر من البكسلات لتقليل التكرار قبل الضغط. يجعل الضغط بدون فقدان تنسيق PNG الخيار الأمثل في الحالات التي تكون فيها دقة الصورة أمرًا بالغ الأهمية.
- GIF (تنسيق تبادل الرسومات): يُعرف هذا التنسيق بقدرته على تخزين الصور المتحركة، ولكنه أيضًا تنسيق ضغط فعال للصور الثابتة. يستخدم أسلوب ضغط Lempel-Ziv-Welch (LZW)، الذي يبحث عن تسلسلات البيانات المتكررة ويستبدلها برموز أقصر. على الرغم من أن تنسيق GIF يوفر ضغطًا فعالًا، إلا أنه الأنسب للصور ذات لوحة الألوان المحدودة، حيث لا يمكنه تمثيل سوى 256 لونًا.
عملية معالجة الصور بالكمبيوتر
El معالجة الصور بالحاسوبيشير هذا المصطلح إلى مجموعة التقنيات والخوارزميات المستخدمة لمعالجة الصور الرقمية عبر نظام حاسوبي. يجمع هذا المجال بين مبادئ الهندسة والرياضيات والإحصاء وعلوم الحاسوب لتحليل الصور وتعديلها وتحسينها من مصادر متنوعة، مثل الصور الفوتوغرافية والماسحات الضوئية والكاميرات الرقمية وأجهزة الرنين المغناطيسي وغيرها.
ال تطبيقات يمكن استخدام معالجة الصور هذه لأغراض مختلفة، مثل التقاط الصور أو تحريرها أو تعديلها أو إنشاء صور متحركة أو إدراجها في ألعاب الفيديو أو الواقع الافتراضي أو الواقع المعزز أو المختلط، وما إلى ذلك.
أما بالنسبة لل التقنيات المستخدمة بالنسبة لمعالجة الصور بالكمبيوتر، ينبغي تسليط الضوء على ما يلي:
- التقاط الصورة: تُلتقط الصور الرقمية باستخدام أجهزة التقاط، مثل الكاميرات الرقمية والماسحات الضوئية وأجهزة الاستشعار الأخرى. تُمثل هذه الصور، المُمثلة على شكل مصفوفات بكسل، أساس معالجة الصور.
- المعالجة المسبقة: قبل تطبيق تقنيات معينة، غالبًا ما تُجرى معالجة مسبقة لتحسين جودة الصورة. قد يشمل ذلك عمليات مثل تصحيح الألوان، وضبط التباين، وإزالة الضوضاء، وزيادة الوضوح.
- تخرج: تُستخدم فلاتر متنوعة لإبراز تفاصيل معينة في الصورة، أو تنعيمها، أو إزالتها. يمكن أن تكون الفلاتر خطية أو غير خطية، وتُطبّق وفقًا لأهداف المعالجة المحددة.
- التحولات الهندسية: يتيح لك تعديل هندسة الصورة، مثل التدوير أو التدرج أو النقل. هذه التحويلات مفيدة لمحاذاة الصور وتصحيح التشوهات وإجراء تعديلات مكانية.
- التقسيم: تتمثل هذه التقنية في تقسيم الصورة إلى أجزاء أو مناطق ذات دلالة ذات خصائص متشابهة. يُعدّ التقسيم أساسيًا للتعرف على الأنماط، وكشف الكائنات، وتحليل المحتوى.
- التعرف على الأنماط: تُستخدم خوارزميات التعلم الآلي وتقنيات الرؤية الحاسوبية لتحديد الأنماط والأشياء في الصور. يُعدّ هذا الأمر أساسيًا في تطبيقات مثل التعرّف على الوجوه، وتصنيف الأشياء، وتحليل الصور الطبية.
- استعادة الصورة: الهدف هو استعادة أو تحسين الصور المتأثرة بالتدهور، مثل تلك الناجمة عن الضوضاء أو الحيود أو التشتت.
- ضغط الصورة: يُقلل الضغط حجم ملفات الصور لتسهيل تخزينها ونقلها. تُستخدم عادةً خوارزميات مثل JPEG وPNG لهذا الغرض.
- طمس: التمويه تقنية تُقلل من حدة الصورة وتفاصيلها. ويتحقق ذلك بتطبيق مُرشِّح يُوازِن قيم وحدات البكسل المحيطة، مما يُعطي مظهرًا أكثر نعومةً ووضوحًا. ويُستخدم التمويه لتقليل الضوضاء في الصور، أو إخفاء التفاصيل غير المرغوب فيها، أو لخلق تأثيرات جمالية ناعمة.
- النقش البارز: هي تقنية تُبرز حواف الصورة وتفاصيلها، مما يُعطيها مظهرًا بارزًا. ويتم تحقيق ذلك من خلال إبراز انتقالات الكثافة بين وحدات البكسل المتجاورة، وتطبيق الظلال والإضاءات لمحاكاة مظهر ثلاثي الأبعاد. وتُستخدم هذه التقنية لتحسين وضوح التفاصيل في الصور وإبراز الميزات المهمة.
- الشحذ (التركيز): الشحذ تقنية تُبرز تفاصيل الصورة وحوافها لجعلها أكثر وضوحًا ووضوحًا. ويتم تحقيق ذلك من خلال إبراز فروق شدة الإضاءة بين وحدات البكسل المتجاورة. ويُستخدم الشحذ لتحسين الوضوح والدقة في الصور، وخاصةً عند إبراز التفاصيل الدقيقة.
- التلوين المائي: يُحاكي مظهر لوحة الألوان المائية. يُخفف الحواف ويُشوّش الألوان، مما يُضفي على الصورة مظهرًا فنيًا وطبيعيًا. تُستخدم الألوان المائية لخلق تأثيرات فنية في الصور، مما يُضفي عليها طابعًا فنيًا مميزًا.
- نواة الالتفاف: هي تقنية تُطبّق تحويلات محلية على صورة عن طريق لفّها بمصفوفة (نواة) محددة. يُساهم كل عنصر من عناصر النواة في تحويل شدة البكسلات المجاورة له. تُعدّ نوى الالتفاف أساسية لتطبيق الفلاتر والتأثيرات في معالجة الصور، مثل التمويه، وكشف الحواف، وتحسين التفاصيل.