ماهي عملية تسجيل الصور؟ وما هي تطبيقاتها؟

ما تسجيل الصور(Image Registration)؟

يعَرَّفُ تسجيل الصور على أنه عملية نقل عدة صور، أخذت في أوقات مختلفة أو من زوايا مختلفة أو باستعمال معدات تصوير مختلفة، لنفس المشهد إلى نظام إحداثيات موحد. فعلى سبيل المثال، إذا أخذنَا صورة لكتاب على طاولة من زاويتين مختلفتين (كما في الشكل 1)، فإن عملية تسجيل الصور تحدِد عدة مواضع تتطابق في الصورتين، ثم تحوَّل الصورة الأولى إلى إحداثيات الثانية لتتلاءما، فتبدوان وكأنهما التُقِطتا من نفس الزاوية [1] [2] [3].

كيف يتم تسجيل الصور؟

تستخدَم عدة طرق من أجل تسجيل الصور من أشهرها «النهج القائم على السمات-Feature based approaches ». يتبع هذا النهج أربع مراحل من أجل الحصول على صور متوائمة. في البداية، يتم الكشف عن السمات المميزة  في كلتا الصورتين وتوصيفها. ثم تتم مطابقة هذه السمات مع مثيلاتها في الصورة الأخرى لتُستخدم في حساب معاملات التحويل الهندسي بين الصورتين. في النهاية، تتم مواءمة الصورتين باستخدام معاملات التحويل التي تم حسابها، والتي تربط بين إحداثيات الصورتين[1][4].

الكشف عن السمات وتوصيفها

في المرحلة الأولى، يتم الكشف عن السمات المميزة لكلتا الصورتين ثم توصيفها، أي وصف المنطقة المحيطة بهذه السمة. وتعَدُّ «السمات – keypoints» نقاطاً مميزة في الصور، كالزوايا والحواف والبقع، يمكِن توظيفها لإجراء عملية تسجيل الصور. ومن أهم الخصائص التي تتميز بها هذه السمات، أنها ثابتة أمام التغييرات التي قد تخضع لها الصورة من إزاحة أو تكبير أو تصغير أو دوران. فزاوية منزل، مثلا، تظل ملحوظة ومميزة مهما طبقنا عليها من تحويلات. في عملية التوصيف، يتم إلحاق موَصِّف لكل سمة تم كشفها. يحمل هذا الموصف وصفاُ دقيقاٌ للمساحة المحيطة بالسمة من أجل معرفة موقع السمة من الصورة [1][2].  

مطابقة السمات

بعد تحديد السمات وتوصيفها، تتم مطابقة سمات الصورتين، حيث تربَط كل سمة في إحدى الصورتين بمثيلتها في الصورة الأخرى. ويتِم هذا بمقارنة موصِّفات كل سمة في إحدى الصور بموصفات السمات في الصورة الأخرى. ثم بربط السمتين ذات الموصفات المتشابهة [1].

حساب معاملات التحويل الهندسي بين الصورتين

تستعمَل السمات المتطابقة في حساب معاملات التحويل الهندسي بين الصورتين، التي تجتمِع في مصفوفة تدعى مصفوفة التحويل. تصف هذه المصفوفة التشوهات الهندسية التي ينبغي تطبيقها على إحدى الصورتين لتوائم الأخرى. ويتم حساب معاملاتها بحل نظام من المعادلات الخطية [2].

تحويل الصورة وإعادة تشكيلها

بعد الحصول على مصفوفة التحويل، تصير عملية تحويل صورة وإعادة تشكيلها لتلائم الأخرى ممكنة. في هذه المرحلة، يتم تطبيق مصفوفة التحويل على جميع نقاط الصورة الأولى لتتواءم مع الأخرى [3].   

تطبيقات تسجيل الصور

تتسع دائرة تطبيقات تسجيل الصور لتَسَعَ التطبيقات الطبية والعسكرية وغيرها الكثير. ففي مجال التصوير التشخيصي الطبي، مثلا، يحتاج الطبيب إلى مواءمة صور الرنين المغناطيسي بالصور المقطعية المحوسبة للمريض من أجل تشخيص حالته بشكل دقيق. أما عسكرياً، فيمكن استخدام تسجيل الصور من أجل التعرف التلقائي على الأهداف. وفي المجال البيئي، يستخدم العلماء تسجيل الصور في تتبع حركة الأنهار الجليدية، وقياس مدى سرعة تحركها لمعرفة مدى تأثير تغير المناخ على الأنهار الجليدية[5][6].

المصادر

[1] Image Registration: From Scale-invariant feature transform to Deep Learning

[2] How to speed up Image Registration with OpenCV by 100x

[3] Feature Based Image Alignment using OpenCV (C++/Python)

[4] Geometric registration for digital images by using Speeded Up Robust Features Algorithm under Android

 [5] Image alignment and registration with OpenCV

 [6] Observing glacier change from space