2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
قیمة التباین لصور مختلفة اإلضاءة تخمین تقنیات
، كاظم جواد الشجیري* زهیريسلیمة سلطان سلمانعلي عبد داود الزكي ،
قسم الفیزیاء ، كلیة العلوم ، الجامعة المستنصریة
امعة بغدادج، كلیة الصیدله*
الخالصة
ان التشوه الذي یصیب الصورة غالبا ما یؤثر في كم المعلومات الموجـودة فیهـا ویـضعف مـن حـدتها ویقلـل تباینهـا ومـن
الــصور االختباریــة لتحدیــد جـــودة عملتــست. ثــم یــؤدي الــى تــداخل التفاصـــیل للمنــاطق المختلفــة وتقــل وضــوحیة الـــصورة
نــصفها اســود ونــصفها یــل لألنظمــة البــصریة المختلفــة، إذ اعتمــدنا فــي دراســتنا صــورة اختباریــةالـصورة وكــشف قــدرة التحل
حافـات فـي المختلفـة لتقـدیر التبـاین فـي منـاطق تم دراسة التبـاین فـي منطقـة التمـاس، إذ اقتـرح تقنیـات عدیـدة .االخر ابیض
.لصور تحت شروط اإلضاءة المختلفة التباین كفوءة في تحدید التباین لات الصورة، إذ كانت نتائج تقنی
المقدمة
الـصورة بانهـا التحـسس الـضوئي لإلشـارات الواصـلة الـى الكاشـف الـذي یكـون عبـارة عـن فلـم ثنـائي او عبـارة عـن تعرف
یـل مجموعة من المتحسسات االلكترونیة المرتبـة بـشكل مـصفوفة ثنائیـة األبعـاد، او یمكـن تعریفهـا علـى انهـا عبـارة عـن تمث
. بصري لألشعة الواصلة للمتحسس من الجسم سواء كانت منعكسة أو منبعثة منه او كلیهما
ًان أي منظومة تصویر تعطي تحسسا صوریا قد یكون مألوفا لعین اإلنسان مثل المنـاظر والمـشاهد أو قـد تعطـي صـورا یـتم ً ً ً
طة عــین اإلنــسان، مثــل الــصور الرادیویـــة تحســسها بتحویــل الــشدة المتحســسة الــى شــدة ضــوئیة بحیــث یمكــن رؤیتهــا بوســا
Radio Images وصـور األشـعة الـسینیة ،x – Ray Images . معظـم الـصور الناتجـة مـن منظومـات التـصویر تكـون
ًوضـوحیتها الحیزیـة محــددة عـادة بــسبب تـأثیرات الزیـوغ والحیــود الحاصـل فــي المنظومـة فـضال عــن ذلـك التــشوهات التـي قــد
للـضوء ) مـدة التعـرض ( كما تتحدد وضوحیة الصورة بطبیعة المتحسس وزمن التعرض . اإلشارةتحصل في أثناء تسجیل
ان جـودة الـصورة الناتجـة تعتمـد علـى قـدرة المتحـسس التحلیلیـة . وسرعة استجابته التي تؤثر في إضائیة الصورة وحـدة تباینهـا
ة التحلیــل علـــى انهـــا القابلیــة التـــي تمتلكهـــا تعــرف قـــدر. وطبیعــة ســـطح الجــسم وعلـــى الظـــروف المحیطــة بعملیـــة التـــصویر
المنظومة البصریة على الفصل بین صورتي نقطتین متجـاورتین مختلفتـین فـي الـشدة الـضوئیة او اللونیـة، إذ ان تحدیـد كفایـة
ة ــفیالمنظومة البصریة ال یستطیع ان یحددها اسلوب قیاس قدرة التحلیل للمنظومة بصورة كاملة ألنه ال یعطي معلومات كا
Op حـول قابلیتها لتصویر الترددات الواطئة وال یمكن تحقیقها اال باالستعانــة بدالة االنتقـال البصـري التي یرمـز لهـا tical
Transfer Function ( OT F ) . تعـد هـذه الدالـة اهـم الـدوال المـستعملة لفحـص كفایـة المنظومـة البـصریة وتقیـیم جـودة إذ
Frequencyالـة االسـتجابة للتـردد الـصورة التـي تـسمى ایـضا بد Resp onse Function . الـصور عـادة تمثـل بدالــة
f(x,yثنائیـة اإلبعــاد المكانیــة i(x,y وتكــون ناتجــة عـن مــركبتین همــا مركبــة الــضوء الـساقط ( التــي تعتمــد علــى طبیعــة (
r(x,y المصدر الضوئي و المركبة األخرى هي مركبة الضوء المـنعكس مركبـة علـى طبیعـة األجـسام التـي وتعتمـد هـذه ال(
.یسقط علیها
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
إن اصــغر فــرق فــي الــشدة الــضوئیة ممكــن تحســسه بــین جــسمین متجــاورین فــي الــصورة یــدعى وضــوحیة التبـــاین . الــضوء
Contrast Resolutionالتبـاین بأخـذ الفـروق فـي الـشدة الـضوئیة لعناصـر الـصورة المتجـاورة، وهــذا ؛ لـذا یمكـن قیـاس هـذا
ً لقیـاس جـودة الـصورة كمیـاًا مهمًایعد مقیاس دراسـة كفایـة المنظومـات البـصریة سـواء كانـت كـامیرات تـصویر او أجهـزة ان . ّ
ییـز المكـاني وتمییـز الـشدة واللـون عرض تلفزیونیة او دراسة قدرة تمییز العین تعتمد بشكل أساسـي علـى دراسـة وضـوحیة التم
وهذا عادة یدرس من خالل دراسة التباین واإلضاءة، هناك العدید من الدراسات الـسابقة التـي اهتمـت بدراسـة تـأثیر اإلضـائیة
والتباین على جودة الصورة وهي كما یأتي
فـات الموجـودة فـي الـصور ذي طریقة لحساب التباین فـي الكـشف عـن الحا .Johnson R.Pث استعمل الباح1990عام -
للكـشف عـن الحافـاتج) 5 5(اإلضـاءة غیـر المتـساویة والقلیلـة، إذ اسـتخدم الباحـث نوافـذ حیزیـة ذا عوامــل التـدرج وبأبعـاد
[1] .
Eli p اجــرى الباحـث 1996عـام - eli دراســة حـول تــأثیر اإلضــاءة والتـردد المكــاني فـي تحــسس التبــاین مـا فــوق العتبــة
ط اختباریة مختلفة اإلضاءة والتردد المكاني لغرض مقارنة التباین، یكون معدل اإلضاءة لألنماط االختیاریة باستعمال أنما
cd/ m (5 – 0.5 )یكـون فـي المـدى
2
، لكـل مجموعـة مـن التجـارب cycles / degree (16 – 1) والتـردد المكـاني لهـا
ي بینما تكون اإلضاءة ثابتة، وجد ان انخفاض التباین المحـسوس كان التردد المكاني لالنماط االختیاري یتغیر بشكل عشوائ
ان نتائج هذه الدراسة مهمة للنماذج البصریة المـستعملة . لألنماط االختباریة یكون بشكل خطي مع االنخفاض في اإلضاءة
. [2] في تحلیل جودة الصورة
لـصور للمنـاظر اللیلیـة وذلـك مـن خـالل تقنیـة خوارزمیـة لتحـسین ا2003 عـام William B. Thomposاقتـراح العـالم -
ٕجعـل الـصورة المـأخوذة فــي النهـار وكأنهـا صـور لیلیــة مـن خـالل تقلیــل التبـاین والـسطوع لكـل الــصورة واضـافة تـشوه للــصورة
. [3]ا، وخسارة في الحدة البصریة ومقدار التشوه الحاصل فیه Blur ٕواعطاء الصورة اللیلیة التي تكون ذا غشاوة عالیة
Mلباحثـان - artin Cadik , Pavel Slavik دراسـة لتقیـیم جـودة الـصورة باالعتمـاد علـى الخــواص یـا أجر2004 عــام
البصریة للتحسس البشري، إذ استعمال في هذه الدراسة صور مضغوطة بشكل منتظم وصور مـضغوطة بـشكل غیـر منـتظم
.[4]تشابه واالختالفثم تمت مناقشة أداء االنموذجین باالعتماد على أوجه ال
تباین الصورة
Backٕ واضاءة الخلفیة Object Brightnessالتباین هو النسبة بین إضاءة الجسم ground Brightness التي
یمكن تحسین ان تحسس التباین یعتمد على التوزیع الحیزي للمناطق المضیئة والمعتمة في الصورة و.تحیط بالجسم
الخاصیة، إذ یمكن استعمال مرشح لغرض تحسین نسبة التباین في الصورة وذلك عن طریق طرح الصور باستخدام هذه
س ) 1(نسبة معینة من قیمة كل وحدة لونیة في الصورة وذلك لزیادة التباین بین نقاط الصورة الشكل یوضح دالة التحس
Contrast Sensitivityللتباین لدى اإلنسان Function ومختصرها CSFعتمد على اإلضاءة والتوزیع الحیزي التي ت
.[5,6]لأللوان في الصورة فكلما زاد التردد، قلت قدرة العین على تمییز األلوان
قیاس تباین الصورة
ان مقاییس التباین األكثر شیوعا هي
تباین ویبر
م الــصغیرة حـادة الحــواف، مثــل األجـسا( یعـد تبــاین ویبـر مــن أقـدم مقــاییس تبــاین اإلضـاءة وغالبــا مـا یــستخدم لألنمــاط
).2(كما في الشكل ) الرموز، ورموز النص على خلفیات متماثلة وتكون اكبر من الرموز
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
: [6,7]ان مقیاس ویبر یعبر عنه بالصیغة الریاضي
(1) .......
I
II
c
b
bs
w
تباین ویبر Cw إذ
I s ، Ib اضائیة الرمز والخلفیة على التوالي
تباین فرق االضائیة
: [7] ان فرق االضائیة تعطي وفقا للعالقة االتیة
…… (2) bsR IIC
. تباین فرق االضائیةCR إذ ان
Is ،اضائیة الرمز Ib اضائیة الخلفیة.
تباین مایكلسون
).3( كما في الشكل textures Image یطبق هذا المقیاس على الصورة ذي األنماط الدوریة، مثل صورة النسیجة
: (7)یحسب تباین مایكلسون باستخدام العالقة اآلتیة
II
II
CM
mi nma x
mi nma x
……… (3)
Imإذ ان ax و Im in تشیر الى االضائیة العالیة والواطئة على التوالي .
:([8] تعطى بالعالقة اآلتیه Contrast noise ratio (CNR)ان نسبة التباین الى الضوضاء
(4) .....
n
bs II
CNR
. االنحراف المعیاري للضوضاءn إذ
التبـاین هـو االخـتالف فـي الخـصائص البـصریة التـي تجعـل عناصـر الـصورة قابلـة للتمییـز لالجـسام المختلفـة وفـصل بعـضها
ان النظــام البـصري البـشري هـو أكثــر حـساسیة للتبـاین مــن اإلضـاءة فلهـذا یمكننــا . ا عـن الخلفیـةعـن الـبعض االخـر وفــصله
ان التبــاین یتـأثر باإلضـاءة وبعدســة . بـالرغم مــن شـدة اإلضـاءة) الـشكل او الهیئــة نفـسها ( تحـسس الـصورة باســلوب واحـد
.[4]التصویر
حساسیة التباین
محاطـة (I + I )افتـرض ان بقعـة ضـوئیة ذو شـدة . اإلضـاءة تكـون غیـر خطیـة ان استجابة العین للتغـایر فـي شـدة
خـالل . I بوصـفها دالـة I ان اختالف التغایر الملحوظ یـتم تحدیـده مـن خـالل .(4)كما في الشكل Iبخلفیة ذي شدة ثابتة
تة تقریبـا وقیمتهـا حـوالي تكون ثابWeber Fraction التي تسمى كسر ویبر (I /I)مدى واسع من الشدات وجد ان نسبة
ذلـك ان ویعنـي(5) ان هـذه النتیجـة ال تبقـى ثابتـة عنـد الـشدات الواطئـة جـدا او العالیـة جـدا كمـا موضـحة فـي الـشكل 0.02
(I + I ) والثانیـة Iبقعتـین ضـوئیتین واحــدة ذو شـدة ) 5(یوضـح الـشكل . حـساسیة التبـاین تعتمـد علـى شـدة مـا یحیطهـا
.(5) كما موضح بالشكلI رسمت دالة لشدة الخلفیة I/I، وان قیمة كسر ویبر I0ة مختلفة محاطتان بخلفیة ذي شد
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
نتـه بالمــدى الــذي یمكـن مقار(4) لـوحظ ان المـدى الــذي یبقـى فیـه كــسر ویبـر ثابـت قــد قـل بـشكل كبیــر مقارنـة بالـشكل
Dyالحركـي namic Range وبمـا ان تفاضـل لوغـاریتم الـشدة هـو [9].ة لمعظـم أنظمـة التـصویر االلكترونیـdI/I لـذا یمكـن
في لوغاریتم شدة الضوء بالتغایرات الملحوظة في كثافـة الـضوء فـي منطقـة الـشدة التـي یكـون فیهـا كـسر ویبـر ربط التغایرات
. [10]معالجة الصوریة التي تتم بها على لوغاریتم شدة نقطة الصورة عوضا عن الشدةثابت لهذا فان العدید من أنظمة ال
) لتخمین التباین و االضاءة(منظومة العمل
الملتقطـة باضـائیات مــصباح التنكـستن المختلفـة وهـي صـورة اختباریــة (color bar)لحـساب التبـاین للـصورة االختباریـة -
). 6(حساب التباین لها باستخدام منظومة التصویر الموضحة بالشكل تم . نصفها اسود والنصف االخر ابیض
مكونات منظومة التصویر
Sony )الكامیرا الفدیویة .1 Video lens / Op tical 20 ).
Phot )الترانزستور الـضوئي الكاشـف .2 o Transistor Detector ) لقیـاس شـدة اإلضـاءة المنعكـسة وتكـون وحـدة قیـاس
.( Lux )ضاءة اللوكس شدة اإل
وتقـدر ) حاصـل ضـرب التیـار والفولتیـة ( ولتمیتر وامیتر لقیـاس الفولتیـة المـسلطة والتیـار المـار ومنهمـا یـتم تحدیـد القـدرة .3
. ( watt ) القدرة بوحدة
: واهم خصائصه) مصدر اإلضاءة ( مصباح التنكستن .4
( w 100 ) القدرة -
. volt ( 250 – 0 ) الفولتیة -
.یبعث أطوال موجیة بنسب تختلف قلیال عن األطوال الموجیة لضوء الشمس
التنكستن المختلفة بوساطة الكامیرا الرقمیة وتمت عملیة التسجیل على شـكل مقـاطع فدیویـة إذ التقط صور عدیدة الضائیات
حاسـبة عـن طریـق ربـط الكـامیرا الرقمیـة بوسـاطة ثابتـة ویـتم نقـل هـذه المقـاطع الفدیویـة الـى ال min 1.5مـــدة المقطـــع حـوالي
تم تقطیعهـا وترتیبهـا وفقـا الـى قیمـة الفولتیــة یـ بعــد عملیـة نقـل المقـاطع الفدیویـة الـى الحاسـبة T.V cartكیبـل ربـط الـى
وخزنهـا صـورا منفـصلة ( Ulead Video Studio 9 )المسلطة علـى منظـوة اإلضـاءة فـي إثنـاء التـصویر بوسـاطة برنـامج
( bit 24 ) وممثلة ( Bitmap )یغة بص
لكل نقطة حافة في الصورة L واإلضاءة RGBخوارزمیات حساب التباین للحزم اللونیة
في هذه الدراسة اقترحت تقنیات عدیدة تعتمد مناطق الحافات بین مناطق الصورة المختلفة لحساب تباین الصورة
: وهذه التقنیات هيRGB وللمركبات اللونیة Lضاءة الرقمیة حیت یتم حساب التباین لمركبة اإل
التباین المباشر ( حساب التباین باالعتماد على اعلى و أوطىء شدة(
وتطبیقهـا علـى نقـاط الـصورة فـي منـاطق الحافـات فقـط ویـتم ذلـك (3) تعتمد هذه التقنیة على استخدام معادلة التباین
والبحـث علـى أوطـأ وأعلـى قیمـة فـي الـشدة لعناصـر الـصورة cimg (i,j ) فـي الـصورةبأخذ نافذة ثالثیة حول نقطة الحافـات
:التابعة للحافات وخطوات هذه التقنیة هي كما یأتي
القیم المدخلهinput
الصورة ) عرض Iw ارتفاع ، Ih( المراد حساب تباینھا والمعرفة ابعادھا cimg (I,j ) الصورة -1
.ض الكشف الحافي لغرth قیمة العتبة -2
رفة والتطبیقیة 2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الهیثم للعلوم الص
القیم المخرجة output
) eimg صورة الحافات -1 i,j ).
. mct معدل التباین -2
. ct االنحراف المعیاري للتباین -3
ــوات العمل ـــ ـــــ خطـ
ـــق مؤ-1 ر س�وبل عل�ى ال�صورة نطـب �ة مح�ددة cimg (i,,j)ثــ� ، eimg (i,j ) للح�صول عل�ى ص�ورة الحاف�ات th بعتب
. Nedgثم نحسب عدد نقاط الحافات
نحسب مقلوب عدد نقاط الحافات في الصورة -2
ive =
edgN
1
. عدد نقاط الحافات Nedg حیث
-:طة حافة كما یلي نحسب التباین لكل نق– 3
-i نفتح دورتي مسح للصورة .
For i = 1 To Ih
For j = 1 To Iw
ii - نختبر كل نقطة من نقا ط الصورة ( i , j ) اذا كانت تمثل حافة
if eimg ( i , j ) represent edge point
نضع
M ax = cimg ( i , j)
M in = M ax
نفتح نافذة ثالثیة( 3 3) حول النقطة ( i , j ) لمصفوفة الصورة cimg (i,j ) كما یلي
For i1 = i – 1 To i + 1
For j1 = j + 1 To j + 1
نحسب اصغر واكبر عنصر في النافذة كما یلي
if M in > cimg(i1 , j1 ) Then M in = cimg ( i1 , j1 )
if M ax < cimg ( i1 , j1 ) Then M ax = cimg ( i1 , j1 )
ننھي دورتي النافذة الثالثیةNext : Next
نجري االختبار األتي لحساب التباین
if M in >= M ax Then
فاذا كانت المنطقة متجانسة فان التباین یساوي صفر
C =0
واال فیحسب التباین
Else
نحسب التباین من العالقة اآلتیة
C = (
MinMax
MinMax
)
iii – ننهي الشرط .end if
- iv كما یأتي( 255 – 0 ) إلى ( 1 – 0 ) توسیع مدى التباین من :
ct = Round – integer ( C 255 )
v - ــــــب احتمالیات باستخدام الصیغة ( ct )التباین لكل نقطة حافة ) تكراریات ( نحسـ
: اآلتیة
hist ( ct ) = hist ( ct ) + ive
vi - ننهي الشرط الخطوة ii. End if
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الهیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
-vii ننهي دورتي مسح الصورة .Next : Next
: التباین وكما یأتي) تكرایات ( للصورة باستعمال احتمالیات ctواالنحراف المعیاري mct نحسب معــدل التباین- 4
نضعCM SCM و 0 = قیم ابتدائیة لمعدل التباین ومربع معدل التباین 0 =
تیة نفتح حلقة تكرار األ
For ct = 0 To 255
نحسب معدل التباین و مربع معدل التباین كما یأتي:
CM = CM + )(
255
cthist
Ct
SCM = SCM + )()
255
( 2 cthist
ct
ننهي حلقة التكرارct. ct Next
معدل التباینmct = CM .
2االنحراف المعیاري للتباینCMSCMct .
ومركبة RGBنحراف المعیاري للتباین للمركبات اللونیة نطبق الخطوات السابقة إلیجاد معدل التباین واال– 5
.في حالة الصور الملونة Lاإلضاءة
. ننهي الخوارزمیة - 6
حساب التباین العمودي
) cimg( تعتمد هذه التقنیة اوال على تحدید نقاط الحافات أیضا لحساب التباین، إذ تؤخذ نافـذة ثالثیـة حـول العنـصر
i,j الــذي یحتــوي ) الثــاني ( ماعــدا العمــود ) االول و الثالــث ( حافــة وحــساب مجمــوع عناصــر العمـــــودین الــذي یمثــل
Im إذ ان [3] الــذي یمثـل حافـة، ومــن ثـم یحـسب منهمــا التبـاین حـسب عالقــة التبـاین cimg (i,j)العنـصر الوسـطي ax
Imتساوي اكبر قیمة لمجموع عناصر العمود االول او الثالث و in ساوي اصغر قیمـة لمجمـوع عناصـر العمـود األول او ت
الثالث وكما یأتي
Im ax = M ax ( v1 , v3 )
Im in = M in ( v1,v3 )
(3 ) أي ان التباین یحسب من العالقة
Im ان ذإ ax واعلى قیمة من مجموع عناصر العمودینIm in اوطا قیمة من مجموع عناصر العمودین .
لغرض حـساب التبـاین بـین العمـود االول والثالـث حـول عنـصر V3 و V1النافذة المعتمدة في حساب ) 7( یوضح الشكل
. لحساب معدل التباین واالنحراف المعیاري للتباین iنافذة الصورة الذي یمثل حافة وتجري الخطوات نفسها في الفقرة
حساب التباین القطري
الذي یمثـل حافـة وحـساب مجمـوع العناصـر cimg (i,j )فذة ثالثیة حول العنصر ان اساس عملها یعتمد على فتح نا
فوق
Im إذ ) 3 (واسفل القطر االول ومن ثم یحسب منهما التباین اعتمادا على معـــادلة التباین ax
رفة والتطبیقیة 2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الهیثم للعلوم الص
Imقیمة لمجموع عناصر فوق او اسـفل القطـر االول ویساوي اكبر in یـساوي اصـغر قیمـة لمجمـوع عناصـر فـوق او اسـفل
القطر االول وكما یاتي
mi nma x
mi nma x
II
II
c
Im ax = M ax ( D1 , D2 )
Im in = M in ( D1 , D2 )
ــــة بالشكل D2 و D1ومخطط نافذة العمل لحســــاب . ( 8 ) موضحــ
Imإذ . التقنیة السابقة لكن التباین یحسب من مجموع عناصر فوق و اسفل القطـر الثـانيوهناك تقنیة أخرى مشابه لعمل ax
Imیساوي اكبر قیمة لمجموع عناصر فوق او اسفل القطر الثاني و in یساوي اصغر قیمة لمجموع عناصر فوق او اسفل
. ( 9 ) موضحة بالشكلD2 و D1القطر الثاني ومخطط نافذة العمل لحساب
ب تباین القیمة العظمى او الصغرى مع العنصر الوسطي حسا
الـذي cimg (i,j)تعتمـد هـذه التقنیـة علـى عناصـر الحافـات لحـساب التبـاین إذ تؤخـذ نافـذة ثالثیـة حـول عنـصر الـصورة
تمثــل یمثـل نقطــة حافـة ثــم إیجـاد اكبــر قیمـة مــن العناصـر المجــاورة للعنـصر الوســطي فـي النافــذة، امـا اصــغر قیمـة فهــي
Im ) إذ یعـد العنـصر الوسـطي ) 3 (العنصر الوسـطي ثـم یحـسب التبـاین مـن هـذه التقنیـة حـسب المعادلـة in = center) ،
Imاما axفتمثل اكبر قیمة من عناصر النافذة الثالثیة باستثناء العنصر الوسطي لذا فمعادلة التباین تكون بالصیغة اآلتیة
center
center
C
max
max
max
I
I
. ( 10 )ومخطط نافذة العمل لهذه التقنیة موضحة في الشكل
Imهنـاك تقنیـة اخـرى مـشابه للتقنیـة الــسابقة لكـن فـي هـذه الحالـة یـتم البحــث عـن اصـغر in مـن العناصـر المجـاورة للعنــصر
Imالوسـطي الـذي یمثـل حافـة فـي النافـذة الثالثیـة، امـا اكبـر قیمـة فهـي تمثـل العنـصر الوسـطي ax = center ان معادلـة
في هذه التقنیة تكون بالصیغة االتیة (3 ) التباین
min
min
min
Icenter
Icenter
C
.( 11 )ومخطط نافذة العمل لھذه التقنیة موضحة في الشكل
خوارزمیة حساب التباین باالعتماد على الخصائص اإلحصائیة
، یـتم (3)حصائیة لنقاط الحافات في الصورة لحساب التباین حسب معادلـة التبـاینفي هذه التقنیة تم اعتماد الخصائص اإل
Imحساب in و Im ax باالعتماد على معدل نقاط الحافات ( m ) واالنحراف المعیاري لنقاط الحافات ) ( حسب العالقتـین
:اآلتیتین
Im in = m – ………. ( 5 )
Im ax = m + ………. ( 6 )
ct =
m
……….. ( 7 )
ان هذه التقنیة تكون ذا كفایة عالیة فـي تحدیـد التبـاین النهـا تأخـذ بنظـر االعتبـار كـل نقـاط الحافـات وخوارزمیـة هـذا العمـل
كما یأتي
القیم المدخلةinput
) cimg الصورة -1 i,j) التي یراد حساب التباین لها والمعروفة ابعادها )Ihارتفاع الصورة و Iw عرض الصورة . (
. محددة لغرض الكشف الحافيth قیمة العتبة -2
رفة والتطبیقیة 2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الهیثم للعلوم الص
القیم المخرجة Output
. eimg (i,j ) صورة الحافات -1
. ct التباین-2
خطوات العمل
لغرض الكشف الحافي وایجاد صورة الحافات th بعتبة محددة cimg (i,j)نطبق مؤثر سوبل على الصورة .1
eimg (i,j ) وعدد نقاط الحافات Nedg 3.4.2( وخطوات هذه العملیة موضحة في الفقرة.(
. تدائیة لمجموع نقاط الحافات و مجموع مربعات نقاط الحافات على التوالي قیما ابSS=0 و S=0نضع .2
.نبدأ بفتح دورتي المسح للصورة .3
For i = 1 To Ih
For j = 1 To Iw
اذا كانت نقطة حافة وفقا للشرط االتي( i, j)نختبر النقطة .4
If eimg ( i , j ) rep resent edge point
. تراكم قیم عناصر الشدة و مربع عناصر الشدة .5
S = S + cimg ( i , j )
SS = SS + cimg (i , j) 2̂
). 4( ي الشرط في خطوة ننه. 6
end if
NEXT . ننهي دورتي المسح . 7 : NEXT
حسب العالقة ) ms( الشدة ومعدل مربع) m ( نحسب معدل . 8
edg
N
S
m
النتائج
. (12) صورة الضائیات التنكستن المختلفة كما في الشكل 14تم الحصول على
دراسة التباین دالة لشدة اإلضاءة لتحدید أفضل جودة للصورة االختباریة
الغایـة األساسـیة مـن حــساب تبـاین الـصورة هــو تحدیـد أفـضل صـورة مــن بـین مجموعـة الــصور الملتقطـة بـشدات إضــاءة إن
.مختلفة أي إیجاد معیار كفوءة لتحدید جودة الصورة
: یوضح نتائج تقنیات حساب التباین المقترحة في هذه الدراسة حیث تم مالحظة ما یأتي ( 13a → g.) الشكل
عدل التباین المباشر تقنیة حساب م
لمنظومـة (13a) ولـشدات إضـاءة مختلفــــة موضـحة Bنتائج تطبیق هذه التقنیة لحساب التبـاین للـصورة االختباریـة
تمـت دراسـة العالقـة بـین معـدل التبـاین للـصور ذي شـدة إضـاءة مختلفـة مــع . التـصویر لمـصدر اإلضـاءة مـصباح التنكـستن
قـل معهـا مقـدار الحافـات thیادة قیمة العتبة ینخفض مقدار عدد الحافات العالیـة وكلمـا زادت العتبـة القدرة، إذ نالحظ مع ز
فــنالحظ زیــادة فـي قــیم التبــاین وذلــك الن فــي هــذه الحالــة ســوف تبقــى فقــط . ولـذلك فعنــد زیــادة العتبــة یــزداد مقــدار التبــاین
لتبـاین سـوف یـزداد عنـد العتبـات العالیـة لهـذا فـان عنـد العتبـات العالیـة الحافات القویة ذا التباین العالي لذا فان المعدل العام ل
یتـضـح مـن األشـكال بـان أفـضل صـورة بالنـسبة الـى منظومـة التـصویر ذي اإلضــاءة . سـوف یـصعب تحدیـد أفـضل إضـائیة
، إذ تكون قیم معدل التباین للصور watt 36هي عندما تكون القدرة ) مصباح التنكستن(
2009) 4 (22 المجلد ھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة مجلة ابن ال
باستعمال مصباح التنكستن أعلى من قـیم معـدل التبـاین باسـتعمال مـصباح الفلورسـنت والـسبب فـي ذلـك یعـود الـى ان ضـوء
. مصباح الفلورسنت ابیض أي ان جمیع الحزم اللونیة الثالثة ومركبة اإلضاءة لها القیم نفسها
تقنیة حساب معدل التباین لمجموع عناصر فوق واسفل القطر الرئیس والثانوي
العالقــة بـــین معــدل التبـــاین والقــدرة لمنظومـــة االضــاءة باســـتخدام مــصباح التنكـــستن للـــصورة (13b) تبــین االشـــكال
watt 36 لتباین عندما تكون القـدرة نتائج التقنیة اظهرت كفایة عالیة في تحدید أفضل صورة ذي أعلى معدل ا. االختباریة
العالقــة بـین معـدل التبـاین والقـدرة لمنظومـة إضـاءة مــصباح (13c)تبـین االشـكال . لمنظــومة اإلضـاءة مـصبــاح التنكـستن
التنكـستن لتقنیــة حـساب التبــاین لمجمـوع عناصــر فـوق واســفل القطــر الثـانوي وكانــت نتائجهـا مطابقــة لتقنیـة تبــاین مجمــوع
. وق وأسفل القطر الرئیسعناصر ف
تقنیة حساب معدل التباین باالعتماد على العنصر الوسطي
العالقــة بــین معــدل التبــاین والقـدرة لمنظومــة التــصویر ذي مــصدر اإلضــاءة مــصباح التنكــستن (13d) یبـین الــشكل
ة العظمــى للـشدة وأظهـرت هـذه التقنیــة باسـتخدام الـصورة االختباریـة، إذ عــد فـي هـذه التقنیـة ان العنــصر الوسـطي یمثـل القیمـ
یبـین . لمنظومـة إضـاءة مـصباح التنكـستن watt 36 كفایـة فـي إبـراز معـدل التبـاین للـصورة األفـضل عنـدما تكـون القـدرة
نتائج التقنیة لحساب معدل التباین باالعتماد على العنصرالوسطي للنافـذة بوصـفه یمثـل القیمـة الـصغرى للـشدة (13e)الشكل
.تائج التقنیة تتطابق مع نتائج التقنیة المذكورة أعاله وان ن
تقنیة حساب معدل التباین العمودي
التي تبین العالقة بین معدل التباین والقـدرة لمنظومـة التـصویر ذي مـصدر (13f) نتائج هذه التقنیة موضحة بالشكل
ل الرســم نالحــظ ان التقنیــة غیــر كفــوءة فــي ابــراز معــدل التبـــاین اإلضــاءة مــصباح التنكــستن للــصورة االختباریــة ومــن خــال
ذي اإلضاءة المختلفة، إذ توجد ثالث صور متقاربة في قیم معدل التباین، لذا یضاف الیها قیم االنحراف المعیـاري للصور
. ستخدام مصباح التنكـستن لمنظومة اإلضاءة با(1)كما مبیــن في الجـدول ) ذو أفضل تباین ( للتباین إلیجاد أفضل صورة
. watt 36 لقد تبین هنا أیضا ان أفضل صورة لمنظومة اإلضاءة مصباح التنكستن عندما تكون القدرة
تقنیة حساب التباین باالعتماد على الخصائص اإلحصائیة
دما تكــون أن أفـضل صــورة فـي حالـة منظومــة اإلضـاءة مــصباح التنكـستن هـي الــصورة عنـ(13g) یتـضح مـن الــشكل
مـن خـالل النتـائج یتـضح ان تقنیـة حـساب التبـاین باالعتمـاد علـى الخـصائص اإلحـصائیة هـي . watt 36القدرة المسلطة
.أفضل تقنیة في أظهار التفاصیل و تكون قیم التباین في هذه التقنیة عالیة مقارنة بالتقنیات المقترحة لحساب التباین
االستنتاجات
لتحدیـد أفـضل صـورة تبـین أن ) األسـود واألبـیض ( ات التباین المختلفة للـصورة ذي النمطـین من خالل تطبیق تقنی .1
.(36Watt)أفضـل صورة بأستخدام مصباح التنكستن تكون عند القدرة
في هذه الدراسة تم اقتراح عدد من أسالیب جدیدة لحساب التباین فـي منـاطق الحافـات باالعتمـاد علـى أعلـى واطـئ .2
حافات وعلى الخصائص اإلحصائیة لهذه المناطق وكانت نتائج هذه التقنیات تقریبا متطابقة ولم تظهر شدة لنقاط ال
اختالفات كبیرة ولذلك تعد هذه التقنیات لحساب التبـاین مـن المعـاییر الكفـوءة لتقیـیم جـودة الـصورة باسـتخدام الـصورة
یــة اإلضـاءة أو كفایـة منظومــات التـصویر ودور هــذه االختباریـة الثنائیـة ویمكــن اعتمـاد هـذه النتــائج فـي تحدیـد كفا
.الصورة االختباریة في أظهار التباین وتأثره باإلضاءة
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
كانت ذا كفایـة عالیـة أظهرت نتائج حساب التباین ان تقنیة حساب التباین باالعتماد على الخصائص اإلحصائیة .3
.ٕفي أظهار وابراز التباین لمناطق الحافات مقارنة بالتقنیات األخرى
المصادر
1- Johnson, R.P., (1990), “ Contrast Based Edge Detection”, Patt ern Recognition, 23, 3/4.
2- Peli, E.; Arend L. and Labianca, A., (1996), “Contrast Percep tion a Cross Changes in
Luminance and Sp atial Frequency ”, Op tical Society America.
3- Thompson, B.W. and Shirley, P., (2003), “A sp atial Post Processing algorithm for Images
of Night Scenes “, Cornell and Ut an University .
4-W.F., Schreiber, (1998), “Fundamental of Electronic Imaging Sy st ems”, Sp ringer – Verlag,
Berlin.
5-Wiley , J., (2001), "Digital Image Processing", 3
rd
, ISBNS: 0 – 471 – 37407 – 5 (Hard
back), 0 – 471 – 22132 – 5 (electronic).
6-Ramamurthy , V.; Narendran N. and Freyssinier J.P., (2004), “ Determining Contrast
Sensitivity function for M onochromatic light emitt ed By high – Brightness“ Third
international Conferen ce on solid state
7-Collier, R.J.; Bur ckhardt, C.B. and H.Lin L., (1971), “Op tical Holography “, Academic
Press Inc., London LTD.
8-Kai, Yu and Liang, J.I, (2001), "How t o Op timize Optical Coherent Tomography OCT
Image”, Dep artment of Automation, Tsinghua University .
9-Gonz alez, R.C. and Richard E.Woods, (2008), “Digital Image Processing”, 3
rd
edition.
10-Russ, C., (2006), “Image Processing Hand Book”, 5
th
edition, M aterials Science and
Engineer ing Dep artment, North Carolina State, University .
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
لتباین وقیم االنحراف المعیاري للتباین ( 1 )جدول إلیجاد أفضل یوضح قیم معدل ا
صورة من تقنیة التباین العمودي
6] یزيعالقة حساسیة التباین مع التردد الح) 1(شكل ]
6] عالقة حساسیة التباین مع التردد الحیزي) 1(شكل ]
]7[النماط المستخدمھ في مقیاس ویبر ) 2(شكل
رفة والتطبیقیة 2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الهیثم للعلوم الص
3)شكل 7] األنماط الدوریة المستخدمة في مقیاس مایكلسون ( ]
منظومة التصویر باستخدام مصباح التنكستن) 6(الشكل
منظومة التصویر باستخدام مصباح التنكستن )6(الشكل
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
5)شكل 8]متغیرة محاطة بخلفیة یوضح بقعتان ضوئیة ( ]
4)شكل 8]یوضح البقعة الضوئیة المحاطة بخلفیة ثابتة ( ]
ثیة حول العنصر) 7(شكل cimg ( i , j (النافذة الثال
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
D2 و D1نافذة عناصر القطر األول لحساب ) 8(شكل
D2 و D1نافذة عناصر القطر الثاني لحساب ) 9(شكل
الصور الناتجة الضائیات التنكستن المختلفة) 12(شكل
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
نافذة العمل حول العنصر الوسطي األصغر ) 10(شكل
نافذة العمل حول العنصر الوسطي األكبر) 11(شكل
a
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Powe r
c
o
n
tr
a
s
t_
L
th20
th40
th60
th80
th100
m
(watt)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 20 40 60 80 100
P ower
co
n
tr
a
st
_
L
t h2 0
t h4 0
t h6 0
t h8 0
t h1 00
m
(watt)
b
c
لتنكستن لقیم عتبات تقنیات التباین للصورة االختباریة ) (13 شكل th )مصدر اإلضاءة مصباح ا )
لمؤثر سوبل فة مختل
a– التباین المباشر b –لقطري الر قطري الثانوي– cئیسي التباین ا التباین ال
d
d
2009) 4 (22 المجلد مجلة ابن الھیثم للعلوم الصرفة والتطبیقیة
e
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 20 40 60 80 100
Po wer
c
o
n
tr
a
s
t
_
L
th2 0
th4 0
th6 0
th8 0
th1 00
m
(watt)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 20 40 60 80 10 0
Power
c
o
n
tr
a
s
t_
L
th20
th40
th60
th80
th100
m
(watt)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0 20 40 60 80 10 0
Po wer
c
o
n
tr
a
s
t
_
L
th20
th40
th60
th80
th100
m
(watt)
e
e
f
IBN AL- HAITHAM J. FO R PURE & APPL. SC I. VO L.22 (4) 2009
Calculating Techniques fo r The Contrast of Images
Which Have Different Illuminations
A. A. D. Al-Zuk y , S. S.S. Zuhe ri* and K. J. Al- Shujare
g
لقیم عتبات ) (13 كلش لتنكستن قنیات التباین للصورة االختباریة مصدر اإلضاءة مصباح ا th )ت )
لمؤثر سوبل فة مختل
d – لتباین العنصر الوسطي أعظم قیمة التباین العمودي f - التباین العنصر الوسطي اصغر قیمة– e ا
لتباین للصورة االختباریة ) (13 شكل th )مصدر اإلضاءة مصباح التنكستن لقیم عتبات تقنیات ا )
لمؤثر سوبل فة مختل
g –التباین اإلحصائي
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 20 40 60 80 100
Power
c
o
n
tr
a
s
t_
L
th20
th40
th60
th80
th100
m
(watt)
0
0 .2
0 .4
0 .6
0 .8
1
1 .2
0 20 40 60 80 100
Power
c
o
n
tr
a
s
t
_
L
th 20
th 40
th 60
th 80
th 100
(watt)
Departme nt of Physics, College of Science, Unive rsity of Al-
Mustansiryah.
*College of pharmacy, Baghdad Unive rsty.
Abstract
The distortion, which occurs to the image often affects the existing amount of
information, weakens its sharpness, decreases its contrast , thus leads t o overlapp ing details of
the various regions, and decreases image resolution. Test images are used to determine the
image quality and ability of different visual sy st ems, as we depended in our st udy on test
image, half black and half white. Contrast was studied in the p etition so as to p rop ose several
new methods for different contrast s in the edge of images where the results of technical
differences would identify contrast image under different lighting conditions.
Key word: - contrast, Image qual ity, Edge De tection, S patial Resolution