การประมวลผลภาพดิจิตอล

ภาพดิจิตอล

ภาพดิจิตอล (Digital Image) คือภาพที่เก็บอยู่ในรูปแบบดิจิตอล ภาพที่เรามองเห็นด้วยสายตาทั่วไปนั้นเป็นภาพในลักษณะ 3 มิติ คือมีมิติของความกว้าง ความยาว และความลึกหรือความสูง ส่วนภาพถ่ายที่เห็นกันอยู่ในทีวีหรือรูปภาพที่อยู่ในคอมพิวเตอร์นั้น เป็นการแปลงภาพจาก 3 มิติ มาเป็น 2 มิติเรียบร้อยแล้ว ดังภาพที่ 1 โดยการแปลงสัญญาณไฟฟ้าในรูปแบบอนาลอก (Analog) ยกตัวอย่างเช่น ในกล้องวิดีโอ เซนเซอร์ที่อยู่ในกล้องจะทำการสแกนหรือวัดผลรวมความเข้มแสงที่จุดต่างๆ ไปตามแนวสแกนที่เรียกว่า Raster Scan การสแกนแบบนี้จะมีทิศทางจากบนลงล่างและจากซ้ายไปขวา ภาพที่ได้จากการสแกนนั้นจะเป็นภาพแบบต่อเนื่อง (Continuous) ด้วยความเร็วทั่วไปที่ 24 ภาพต่อวินาที เช่นเดียวกันนี้ ในเครื่องรับภาพวิดีโอก็จะรับภาพที่ได้มาจากเครื่องถ่ายวิดีโอ และแสดงผลโดยเริ่มจากบนลงล่างและจากซ้ายไปขวาเช่นเดียวกัน

 

ภาพที่ 1 ตัวอย่างภาพดิจิตอล [1]

 

ภาพที่ได้มาจากระบบอะนาล็อก (Analog) นั้นยังเป็นภาพแบบต่อเนื่องที่ยังไม่สามารถ นามาใช้ในการประมวลผลได้ ต้องมาทำการแปลงให้เป็นภาพเชิงตัวเลขเสียก่อนด้วยวิธีการดิจิไตเซชั่น (Digitization) ซึ่งเป็นการแปลงฟังก์ชันต่อเนื่อง ให้เป็นฟังก์ชันไม่ต่อเนื่อง g(x,y) เพื่อนามาประมวลผลด้วยคอมพิวเตอร์ได้ ซึ่งแสดงในภาพที่ 2

 

ภาพที่ 2 การแปลงภาพให้เป็นภาพเชิงตัวเลข [1] (ก) ภาพแบบต่อเนื่อง (Continuous) และ (ข) ภาพเชิงตัวเลขจากวิธีการ Digitization

 

การประมวลผลภาพดิจิตอล

ภาพดิจิตอลมีการใช้ครั้งแรกในงานอุตสาหกรรมหนังสือพิมพ์ซึ่งมีการส่งรูปภาพครั้งแรกผ่านสายเคเบิลใต้มหาสมุทรแอตแลนติกระหว่างกรุงลอนดอนกับนิวยอร์กในช่วงปี ค.ศ. 1920-1930 ทาให้ลดเวลาในการขนส่งรูปภาพผ่านมหาสมุทรแอตแลนติกที่ใช้เวลามากกว่าหนึ่งสัปดาห์ลงเหลือไม่ถึงสามชั่วโมงซึ่งจะมีอุปกรณ์พิเศษในการเข้ารหัสภาพสาหรับการส่งผ่านสายเคเบิลและด้านตัวรับจะทำการปะติดปะต่อภาพใหม่เมื่อได้รับภาพ ในปี ค.ศ. 1964 ณ ห้องทดลอง Jet Propulsion (Pasadena California) [1] ได้นำกระบวนการการประมวลผลภาพมาใช้ในการพิจารณาภาพถ่ายดาวเทียมของดวงจันทร์ ต่อมาได้มีการตั้งสาขาทางวิทยาศาสตร์สาขาใหม่ที่มีชื่อว่า การประมวลผลภาพดิจิตอล (Digital Image Processing) หลังจากนั้นงานทางด้านการประมวลผลภาพก็มีการพัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่อง และใช้กันอย่างกว้างขวางสาหรับงานในหลายด้าน เช่น ทางการสื่อสารโทรคมนาคม การสื่อสารทางโทรทัศน์ ทางด้านการพิมพ์ ทางด้านกราฟิก การแพทย์และการค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์

การได้มาของภาพเป็นการบันทึกภาพโดยอุปกรณ์ที่เลียนแบบการรับภาพของมนุษย์ให้เป็นภาพสองมิติซึ่งโดยปกติมนุษย์สามารถรับภาพในรูปแบบสามมิติ และจะเรียกภาพที่บันทึกได้ว่า ภาพเชิงกายภาพ (Physical Image) ซึ่งเป็นภาพที่เกิดจากกระบวนการแสงที่ตกกระทบกับวัตถุโดยที่แสงสะท้อนจากวัตถุออกมาเข้าสู่ฉากรับแสงมีความยาวคลื่นแบบต่อเนื่องที่แตกต่างกันตามสีของวัตถุ ในภาพที่ 3 แสดงแถบสเปกตรัมของแสงในความถี่ที่มนุษย์สามารถรับรู้ได้ซึ่งมีสีที่แตกต่างกันตามความยาวคลื่น เนื่องจากเซลล์รูปกรวยภายในเรตินา (Cones) สามารถซึมซับแสงสีแดง เขียวและน้าเงิน (Red Green Blue : RGB) ได้แบบหยาบๆ ซึ่งสีที่รับรู้ได้มีลักษณะของการรวมกันแบบไม่คงที่ของสีเริ่มต้น (Primary Colors) แดง เขียว และน้าเงิน ในภาพที่ 4 แสดงเส้นโค้งที่อธิบายการตอบสนองการซึมซับแสงของเซลล์รูปกรวยภายในเรตินา ดังนั้นภาพเชิงกายภาพเป็นการเลียนแบบการทางานของเซลล์รับรู้สี (Cones Cell) และเซลล์รับรู้มิติของแสง (Rods Cell) ของเรตินาโดยแทนที่เรตินาด้วยฉากรับแสงในการบันทึกภาพ

 

ภาพที่ 3 แถบสเป็กตรัมของแสงในความถี่ที่มนุษย์สามารถรับรู้ได้ [1]

 

ภาพที่ 4 แถบสเป็กตรัมของแสงที่มนุษย์สามารถซึมซับสีของเซลล์รูปกรวย [1]

 

การประมวลผลภาพ (Image Processing) คือ การเรียกใช้ขั้นตอนหรือกรรมวิธีใดๆ มากระทำกับภาพ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อการปรับปรุงคุณภาพของภาพ ให้ได้ภาพใหม่ที่มีคุณสมบัติตามต้องการ เช่น ความคมชัด หรือการประหยัดพื้นที่ในการเก็บข้อมูล หรือใช้สำหรับการประมวลผลระดับสูง เช่น การจดจำรูปร่างลักษณะให้ได้อย่างแม่นยำ โดยทั่วไปแล้วระดับของการประมวลผลภาพแบ่งได้เป็น 3 ระดับคือ

1. ระดับต่ำ (Low-Level) เป็นการจัดการเกี่ยวกับค่าสี และจุดภาพ เช่น การแปลงปริภูมิสี (Color Space) ภาพไบนารี การวิเคราะห์ดัชนีสี การแยกสี เป็นต้น

2. ระดับกลาง (Mid-Level) เป็นนำเสนอความรู้ (Knowledge) จากภาพ เช่น การสกัดลักษณะเด่น (Feature Extraction) การสกัดและวิเคราะห์รูปร่าง รูปทรง (Geometry Extraction) เป็นต้น

3. ระดับสูง (High-Level) เป็นการวิเคราะห์และนำเสนอความรู้และการรู้จำลักษณ์ หรือลวดลายของภาพ (Recognition)

โดย อาจารย์ ดร. ชัยนันท์ สมพงษ์ คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏสกลนคร

*หมายเหตุ บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของ [2], [3]

 

อ้างอิง

[1] R. Gonzalez, R. Woods, Digital Image Processing 3rd Edition, Prentice Hall, New Jersey, 2009.

[2] ชัยนันท์ สมพงษ์ และ สุพจน์ นิตย์สุวัฒน์. (2550). การค้นหาใบหน้าคนในภาพสีโดยใช้แบบจำลองของสีผิวและคณิตศาสตร์มอร์โฟโลจิค, วารสารวิชาการเทคโนโลยีสารสนเทศ, สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ, ปีที่ 3 ฉบับที่ 5 (มกราคม-มิถุนายน), หน้า 17-23.

[3] Sompong, C.,  Muangchan, S., Mingmuang, C., Oopkeaw, A. (2017). Application development for multiple-choice test check by image processing. SNRU Journal of Science and Technology, 9(3), 661-671, 2017.