بخش بندی تصویر

در پردازش تصویر مبحثی به نام بخش بندی یا Segmentation وجود دارد که در این مقاله به آن می پردازیم. در تصاویر دیجیتال، عبارت بخش بندی تصویر عبارتست از تقسیم تصویر به گروهی از پیکسل‌ها براساس برخی از معیارها. در واقع منظور از بخش بندی تصاویر کامپیوتری این است که آن تصویر را به قسمت‌ها یا اجسام تشکیل دهنده‌ی آن بخش بندی کنیم. به طور کلی، بخش بندی مستقل یکی از دشوارترین کارها در پردازش تصویر دیجیتال است.

چرا ما نیاز به بخش بندی تصویر داریم؟

سرطان سال‌هاست که به عنوان یک بیماری کشنده شناخته می‌شود. حتی در عصر جدید با وجود پیشرفت‌های بسیار زیاد تکنولوژی، اگر ما آن را در مراحل اولیه تشخیص ندهیم می‌تواند یک بیماری بسیار کشنده باشد. از این رو دانشمندان در جستجوی راه کارهایی برای شناسایی هرچه سریع تر سلول‌های سرطانی در بیمار هستند چرا که می‌تواند میلیون‌ها نفر را از مرگ نجات دهد.

شکل سلول‌های سرطانی در تعیین شدت سرطان نقش اساسی دارد. برای شناسایی سلول‌های سرطانی، شناسایی اشیاء موجود در تصویر خیلی مفید نخواهد بود. در اینجا اگر ما فقط Bounding Box ها را شنایی کنیم، نمی توانیم شکل سلول‌ها را شناسایی کنیم. تکنیک های تقسیم تصویر در اینجا تأثیر بسیار زیادی را برای شناسایی سلول‌های مورد نظر ایجاد می‌کند. آنها به ما كمك می كنند نتایج معنی دار تری کسب كنیم و به خواسته خود که شناسایی سلول‌های سرطانی است، دست پیدا کنیم.

در اینجا به وضوح می توان شکل تمام سلول های سرطانی را مشاهده کرد. علاوه بر این مورد، بسیاری از برنامه‌های کاربردی دیگر در صنایع مختلف وجود دارند که تقسیم بندی تصویر نقش مهمی را در آن‌ها بازی می‌کند:

• سامانه کنترل ترافیک
• خودروهای بدون راننده (خودران)
• تعیین موقعیت اجسام در تصاویر ماهواره ای
• و ….

انواع مختلف Image Segmentation

ما به طور گسترده می توانیم تکنیک های بخش بندی تصویر را به دو نوع تقسیم کنیم. تصاویر زیر این تفاوت را برای ما به ضوح آشکار می‌کند. عکس‌های زیر را در نظر بگیرید:

آیا می توانید تفاوت بین این دو عکس را تشخیص دهید؟ در هر دو عکس از بخش بندی تصویر برای شناسایی و مکان یابی اسب‌ها استفاده شده است. در ادامه به بررسی انواع Image Segmentation می پردازیم.

• در عکس 1، هر پیکسل متعلق به یک کلاس خاص (یا پس زمینه یا اسب) است. همچنین، تمام پیکسل های متعلق به یک کلاس خاص با همان رنگ نمایش داده می شوند به عنوان مثال اسب ها با رنگ سفید مشخص شده اند. این نمونه ای از بخش بندی معنایی (instance segmentation) است.
• در تصویر 2 کلاس خاصی به هر پیکسل تصویر اختصاص داده شده است. با این حال، اشیاء مختلف در همان کلاس از رنگ های مختلف برخوردار هستند. اسب 1 با رنگ قرمز ، اسب 2 به رنگ سبز و اسب 3 با رنگ آبی قابل مشاهده است. این نمونه ای از تقسیم بندی نمونه (instance segmentation) است .

اگر 5 شیء در یک عکس باشند بخش بندی معنایی، همه اشیاء را به عنوان یک نمونه متمرکز طبقه بندی خواهد کرد. از طرف دیگر بخش بندی نمونه هر یک از این اشیاء را بطور جداگانه شناسایی می کند.

الگوریتم های بخش بندی؟

• آستانه گیری روشنایی یا بخش بندی دامنه
• روشهای فازی
• روش واترشید یا تبدیل آب پخشان
• الگوریتم ژنتیک
• بخش بندی تصویر به کمک مینیمم درخت پوشا
• روشهای مبتنی بر گراف