עמוד הבית -> הדמיה דיגיטלית -> עיבוד תמונה

עיבוד תמונה הוא תחום רחב. כל פעולה המתבצעת על המידע בתמונה נכללת בתחום זה. עם זאת, אפשר לסווג את עיבודי התמונה ל-5 תחומים עיקריים על פי מטרות העיבוד:

1. שיפור תמונה - פעולות המשפרות את איכות התמונה, במטרה לסלק ממנה קלקולים שנוצרו בעת ההדמיה (ושטיבם המדויק אינו בהכרח ידוע מראש).
2. שיחזור תמונה - גם כאן מדובר באופן שיפור התמונה. אולם, בשונה מהסעיף הקודם, הכוונה לקלקולים שטיבם ידוע מראש - לפחות בקירוב (למשל, הפרעה מחזורית היוצרת פסים בתמונה). ניתן אז להפעיל פעולת תיקון הפוכה לקלקול, ולקבל את התמונה המקורית שלפני הקלקול.
3. ניתוח תמונה - פעולות שמטרתן לזהות את מרכיבי התמונה והקשרים ביניהם. זיהוי זה מאפשר ביצוע משימות אוטומטיות מפוקחות מחשב, על סמך המידע שבתמונה.
4. דחיסת תמונה - פעולות המסלקות מהתמונה חלקי מידע מיותרים, במגמה לייצג בצורה חסכונית.
5. בניית תמונה - בניית תמונה מלאה על-סמך מידע חלקי.

שיפור תמונה

לעיתים קרובות, איכות התמונה המתקבלת אינה מספקת וצריך לשפר אותה. הפגמים העיקריים המוכרים הם: ניגודיות נמוכה, טשטוש ורעש (שלג). מקור הפגמים הללו הוא בשלב אחד או בכמה משלבי הדמיית התמונה. ניגודיות נמוכה עשויה להיגרם, למשל, בשל תנאי תאורה לקויים. טשטוש עלול להיגרם, למשל, עקב מיקוד לקוי של מצלמה, תזוזה וכד'. רעש מופיע בצילום המתבצע ברמות אור נמוכות מאוד. את הפגמים הללו ופגמים אחרים אפשר לתקן באופן חלקי באמצעות עיבוד תמונה מתאים. הפעולות לשיפור תמונה אינן מוסיפות לתמונה מידע שלא היה קיים בה מלכתחילה, אלא רק מדגישות ומחדדות פרטים שהיו חבויים בה, והופכות את התמונה לנעימה יותר לצפייה. שיפור תמונה אינו מיועד בהכרח לצופה האנושי. גם כאשר מדובר בתמונה בה משתמש מחשב לצורך ביצוע משימה כלשהי, יש צורך לעתים קרובות בשיפורה לפני המשך העיבוד.

ניתוח תמונה (ראייה ממוחשבת)

ניתן להשתמש במידע השמור בתמונה גם להליכי אוטומציה שונים. במקרה כזה, ה"רואה" הוא מחשב כלשהו, שהוטל עליו לנתח את המידע החזותי בתמונה לצורך ביצוע המשימה. דוגמה למשימה כזו היא למשל, מיון עצמים, הפרדה בין פירות "טובים" ו"לא טובים" (עפ"י קריטריונים צורניים) על סרט נע בבית אריזה. במקרה זה, הפירות מצולמים ע"י מצלמת וידאו, מחשב מנתח את התמונות, והפירות מנותבים באופן אוטומטי לפי איכותם. דוגמה אחרת היא מערכת לניהוג אוטומטי של כלי רכב, ה"מתבוננת" בכביש, מנתחת את ההתרחשויות ופועלת לפי תכנות מראש. המשימות הללו שייכות לתחום רחב הנקרא ניתוח תמונה. עיבודי תמונה מסוג זה (הכוללים זיהוי צורות/תנועה) הם מורכבים יחסית, אך הפוטנציאל הגלום בהם גדול מאוד.

אפשר לעבד תמונה באופנים שונים. הברירות העיקריות הן בין עיבוד אופטי לאלקטרוני, ובין עיבוד אנלוגי לדיגיטלי.

עיבוד אופטי

מאחר שתמונת הבהירות המקורית היא אופטית ורציפה, טבעי לנסות לבצע את העיבוד ישירות עליה, בעיבוד אופטי אנלוגי. בדרך זו, מאחר שלא מתבצעת שום המרה של התמונה, אפשר, בעיקרון, לשמר את פרטי המידע הרציף בה. בפועל, עיבוד אופטי של תמונה אמנם אפשרי בפעולות מסוימות, ואף יש לו יתרון בחלק מהמקרים, אך יש לו כמה מגבלות עקרוניות שהופכות אותו עדיין לבלתי מעשי. דוגמאות לפעולות המבוצעות ביעילות באופן אופטי הן פעולות של סינון מרחבי וחישובי מתאם וקיפול בין תמונות. אפשר לבצע אותם באופן מיידי (הרבה יותר מהר מאשר בכל דרך אלקטרונית). היתרון העקרוני בעיבוד אופטי בהקשר זה הוא המקביליות שלו: כל נקודות התמונה מעובדות בו זמנית, במהירות האור, וכאמור גם באופן אנלוגי. הפעולות שלעיל חשובות בעיקר ליישומי זיהוי צורות, ואמנם בתחום זה יש חשיבות רבה ליתרון המהירות של העיבוד האופטי. אולם, ככלל, לעיבוד אופטי של תמונות יש כמה מגבלות בסיסיות שמונעות שימוש נרחב בו:

1. כמעט בלתי אפשרי לבצע אופטית את ארבע פעולות החשבון היסודיות, שהם הבסיס לפעולות עיבוד שונות.
2. חוסר גמישות - העיבוד האופטי מבוצע בחומרה, כאשר כל פעולה מצריכה מערך אופטי מתאים. שינוי הפעולה מצריך שינוי של המערך. יתרה מזו, הפעלת מערך עיבוד כזה כרוכה בכיוונונים אופטיים, שהם, ככלל, מאוד מורכבים להפעלה.
3. צורך באור קוהרנטי - רוב העיבודים מצריכים אור קוהרנטי (כלומר, שימוש בלייזר), בעוד שרוב התמונות הרגילות נוצרות מאור שמש רגיל.
4. מגבלות של העברת התמונה ושמירתה - העברה אופטית "טהורה" של התמונה, לפני העיבוד או אחריו, היא בעייתית מאוד. הרבה יותר קל לשדר את התמונה באופן אלקטרוני.

עיבוד אלקטרוני אנלוגי

לצורך שידור תמונה ממקום למקום, ממירים אותה לאות אלקטרוני - באמצעות מצלמת וידאו.
אות התמונה שמפיקה המצלמה הוא אנלוגי. לכן, טבעי לנסות לבצע את העיבודים השונים במערכת אלקטרונית אנלוגית, ישירות על אות התמונה האנלוגי. היתרונות העיקריים הם: העיבוד מבוצע בזמן אמת על אות התמונה; הוא אינו מחייב המרות של האות לתחום הדיגיטלי ובחזרה ממנו; המימוש פשוט וזול יחסית. אולם, מאחר שהעיבוד האנלוגי מבוצע בחומרה בלבד, גמישותו מועטת ולא ניתן לבצע בדרך זו עיבודים מתוחכמים ומורכבים. יתרה מזו, את האות האנלוגי כמעט אי אפשר לזכור, ומערכת אנלוגית רגישה מאוד לכיוונונים, רעשים ושינויים בערכי רכיביה (למשל, עקב טמפרטורה).