İnternet Üzerinde Görüntü İşleme

Transkript

1 İnternet Üzerinde Görüntü İşleme Mehmet Karakoç Ege Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, İzmir Özet: Görüntü İşleme (Gİ), girdi görüntülerin işlenmesiyle yeni görüntülerin elde edilmesini içeren ve üzerinde yoğun olarak çalışılan önemli bir sinyal işleme alanıdır. Son derece güncel konularda uygulama alanı bulabilen Gİ, teknolojinin gelişmesiyle artık çok daha hızlı olabilmekte ve fizik, sanat ve tıp gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Gİ için birçok algoritma geliştirilmiştir. Görüntülerin işlenmesi, görüntü veri tabanlarında sorgulama, görüntü içerikli verilerin iletimi ve kullanımı gibi pek çok uygulama Gİ gerektirir. Bu bildiride, Gİ nin internet üzerindeki yeri ve önemi üzerinde durulmakta, Gİ kapsamındaki web tabanlı pek çok esnek uygulama ve çalışma anlatılmakta ve Gİ kullanıcıların gereksinimi ve kullanımı açısından ele alınmaktadır. Anahtar Sözcükler: Görüntü İşleme, Sinyal İşleme, İnternet, Web Tabanlı Uygulamalar, Nesneye Dayalı Yaklaşım. Abstract: Image Processing (IP) is an important field of signal processing that consists of obtaining new images by processing of input images, and that is extensively worked. IP that can find an application area on highly topical issues is now much more rapid with the development of technology, and is used in many fields such as physics, art and medicine. Many algorithms have been developed for IP. Many applications such as processing of images, queries on image databases, use and transmission of image content data require IP. In this paper, concentration is mainly on IP s place and importance on internet, and many web-based flexible practice and study within the scope of IP is being explained and IP is being addressed in terms of users' use and needs. Key Words: Image Processing, Signal Processing, Internet, Web-Based Applications, Object-Oriented Approach. 1. Giriş Bilişim teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, günümüzde dünyadaki gelişmeler internet aracılığı ile anında takip edilebilmektedir. Görüntüler (videolar) üzerinde çeşitli işlemler gerçekleştirilebilmesi ve Gİ kapsamındaki problemlerin çözülebilmesi, doğru ortamların etkili bir şekilde kullanılmasına bağlıdır. Görüntüler ve videolar, görsel bilgi sistemlerinde (visual information systems), çoklu ortamda (multimedia) ve görüntü içerikli işlemlerde (aktarım/sunum vb.) çok önemli bir rol oynamaktadır. Çok büyük boyutlu bir veri tabanı olan internet ağı üzerinde, çeşitli resim koleksiyonları, kelime ve görüntü tabanlı arama yapan arama motorları (google, ask, yahoo) mevcuttur. Görüntüler, fotoğraf, çizim, sayısal uydu resimleri, bilimsel ve tıbbi görüntüler (X ışınlarıyla taranmış resimler, bilgisayarlı tomografi taramaları) ya da havadan çekilmiş resimler olabilir. Görüntülerin internet üzerinde sunumu, dizinlenmesi, sınıflandırılması ve çeşitli işlemlere tabi tutulması gibi uygulamalar, web tabanlı Gİ yi gerektirir. 2. Görüntü İşleme Gİ, sinyal işleme kapsamında yer alan ve hızlı gelişen önemli bir alandır. Gİ, sayısal bir resim hâline getirilmiş olan gerçek yaşamdaki görüntülerin, bir giriş resmi olarak işlenerek özelliklerinin ve görüntüsünün değiştirilmesi sonucunda yeni bir resim oluşturulmasıdır (Yıldırım ve diğ., 2003) [1]. Şekil 2.1 de Gİ sistem yapısının blok şeması verilmiştir. Şekil 2.1: Gİ sistem yapısı [2] Gİ, verilerin yakalanıp ölçme ve değerlendirme işleminden sonra başka bir aygıtta okunabilir bir

2 biçime dönüştürülmesi ya da bir elektronik ortamdan başka bir elektronik ortama aktarılmasına yönelik bir çalışma olan işaret işlemeden farklı bir işlemdir [3]. Daha çok, kaydedilmiş olan mevcut görüntüleri (resim ve grafikler) işlemek (değiştirmek, yabancılaştırmak ya da iyileştirmek) için genellikle de fotoğrafçılık ve grafik tasarım alanlarında kullanılır [3]. Gİ son derece önemli bir çalışma alanıdır. İnsanlar ve hayvanlar gözleri ile analog temelli Gİ yapmaktadırlar. Bu olay beyin yardımı ile çevrim içi (online), paralel ve çok spektrumlu olarak meydana gelir [4]. Resimlerin bilgisayar ortamında değerlendirilebilmeleri için veri biçimlerinin bilgisayar ortamına uygun hâle getirilmesi (sayısallaştırma) gerekmektedir. Bir resmin fotoğrafik sunumu (sayısal biçimi) çeşitli şekillerde mümkündür [4]: Farklı tekniklerle resmin sayısallaştırıldığı tarayıcılar, analog/sayısal dönüşümle resmin sayısal hâle dönüştürüldüğü sistemler, uzaktan algılamada uçak ya da uydulara yerleştirilen çok kanallı tarayıcılar. Sayısal bir resim (analog bir işaretin sayısal bir işarete dönüştürülmesi), nesne tarafından yayılan enerjinin (analog işaret) bir algılayıcı tarafından öngörülen elektromanyetik aralıkta algılanarak sayısal işaret hâline dönüştürülmesi ile mümkündür. Resimlerin analog ortamlardan sayısal ortamlara geçirilmesi sonrasında, oluşan yeni görüntü gürültü (noise) içerir. Gİ bu bozuklukları gidermek için kullanılabilir. Görüntülerin yakalanması ve iki boyutta ifade edilmesinin ardından, gürültü giderme, parlaklık/renk ayarlama, keskinleştirme ve bulanıklaştırma gibi işlemler uygulanabilir. Resim çekme de bir Gİ dir, ama bu işlem Gİ nin çok basit ve küçük bir kısmını oluşturmaktadır. Gİ, çok sayıda teknik içermekte ve farklı alanlardaki çeşitli problemlerde kullanım imkânı bulmaktadır. Gerçek yaşamdaki bir nesne için herhangi bir sahnenin fotoğraf makinesi veya kamera gibi donanımlarla fotoğrafının çekilmesi görüntü yakalama olarak adlandırılır. Bu işlem, hareketli görüntülerden (film vb.) program aracılığıyla gerçekleştirilebilir (Klavyedeki Print Screen tuşuna basmak suretiyle ekran görüntüsünü hafızaya almak gibi). Çok sayıda kullanım alanı bulan Gİ ile pek çok alan ve çalışmada karşılaşılmaktadır: Askerî endüstri (denizaltı ses dalga,( taramaları sualtı görüntüleme Güvenlik, suç laboratuvarları Fizik, sanat, biyomedikal, tıp (tümör, damar gibi yapıların belirginleştirilmesi, tomografi, ultrason) Uzaktan algılama / izleme uygulamaları: Uydu görüntüleri üzerinde nüfus yoğunluğu, yerleşim yerleri, çevre kirliliği vb. çevresel şartların tespiti, hava gözlem ve tahmin uygulamaları Robotik, trafik, astronomi, radar, gazete ve fotoğraf endüstrisi Hayvancılık (sığır eti kalite,( tayini petrol arama Yüz, parmak izi, karakter, kâğıt para (banknot), plaka, görüntü tanıma Bir fabrikada üretilen ürünün görüntü kalitesini test: Belli boyuttaki / hatalı ürünleri ayırmak Bozuk para sayma makinesi yapıp paraları ayırma Şekillerin kenarları arasındaki açıları ölçme Bir kamera ve basit birkaç motor ile program kontrollü herhangi bir şeyi takip eden robot kolu tasarımı Çeşitli kalite kontrol testleri 3. Görüntü İşleme Araçları Görüntüleri masaüstünde düzenlemek mükemmel olabilir; fakat bazen evden uzakta, hazırlıksız olunan bazı işlerin de yapılması gerekebilir. 3.1 Masaüstü Tabanlı Uygulamalar Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, GIMP, PixBuilder Studio, ArtWeaver, x360 Gİ Yazılımı, GdPicture, PhotoScape, Inkscape, Picasa ve Paint gibi

3 yazılım ve programlar; Gİ içeren çeşitli programlar geliştirmek için kullanılan araç ve kütüphaneler (Emgu CV [5], AForge.NET [6]) çevrim dışı uygulamalara örnektirler. Öte yandan, internet üzerinde Gİ için çok sayıda çevrim içi araç da mevcuttur [7-33]. Bu araçlar kullanılarak, Gİ çalışmaları web tabanlı olarak geliştirilip sunulabilir. PicSOM [7] adlı web servisi ile birbirine renksel, şekilsel olarak benzeyen görüntüler bulunabilmektedir. PicSOM da öncelikle listelenen imgelerden aranılan görüntüye en yakını seçilir, gelen sonuçlar kullanıcının seçtiği imgeye göre sürekli filtrelenerek aranılan görüntüye ulaşılmaya çalışılır. Sahip olduğu veri kümesi ve listelediği sonuçlar ile üstün bir çalışma olan ve idée firması tarafından çıkarılan TinEye [8] adlı ürüne adresinden ulaşılabilir. Bu ürün ücretsiz olarak internet tarayıcılar ile kullanılabilmekte ve ilgili olunan görüntü web ortamında aranabilmektedir. Örnek bir arama ve sonuç Şekil 3.1 de verilmiştir. Şekil 3.1: TinEye [8] Örneğin Google arama motorunun görüntü arama servisi kullanılarak, ilgili olunan görüntüler içerikleri baz alınarak aranabilir. Böylelikle resimlerden ilgili diğer görüntülere ve çeşitli metinsel verilere ulaşılabilir ve çeşitli sorgulamalar yapılabilir. İnternetin hızlı bir şekilde büyümesi ile birlikte, kullanıcılar günlük hayatlarındaki birçok işlemini internet üzerinden gerçekleştirmektedir. Kurumlar ürün ve hizmetlerini internet üzerinden pazarlamakta, insanlar ise görsel yönden güçlü tanıtımları talep etmekte ve bu durum web tabanlı Gİ araçlarının geniş kapsamda kullanımını gerektirmektedir. 3.2 Masaüstü Uygulamalara Alternatifler Web tabanlı görüntü düzenleyicilerinin masaüstü muadillerine göre pek çok avantajları vardır. En açık yararı, kullanıcıya tarayıcısı ve internet bağlantısı olan herhangi bir bilgisayar üzerinde çalışma imkânı sağlamasıdır. Çoğu durumda, kullanıcı çalışmasını çevrim içi olarak kaydedebilir ve böylece masaüstü yazılım yükleme ve platform zorunluluğu ortadan kalkar. Örnek bir çıktı Şekil 3.2 de verilmiştir. Şekil 3.2: myimager [9] 4. İnternet Üzerinde Görüntü İşleme Metin tabanlı uygulamalara nazaran, çoklu ortam tabanlı veriler üzerinde görüntü içerikli çeşitli işlemlerin internet üzerinde gerçeklenmesinin pek çok yararı vardır: Haberleşme, ticaret, kamu hizmetleri gibi birçok temel işlevin yürütülmesi Web tabanlı araçlar sayesinde değişik meslek gruplarından kişilere ve araştırmacılara ulaşılmasıyla test olanağı Geliştirilen uygulamaların çeşitli teknolojilerle kullanılabilir hâle getirilmesi, çözümün hızlı bir şekilde kullanıcıya etkileşimli olarak sunulması Gİ alanı ile daha çok kişinin tanışması Gerçekleştirilen uygulamalarla Gİ kapsamında web tabanlı içerik oluşturma Gİ için gerekli ortamların birleştirilerek kullanılması ile projelerin daha çok kişiye, daha hızlı bir şekilde ulaşabilmesi Geliştiriciler ve araştırmacılar için programlama ve kullanım rahatlığı Etkileşimli olarak geliştirilen Gİ uygulamalarının internet üzerinden kullanılması, anlatılmak istenen konuyu, bu konu hakkında hiç bir bilgisi olmayan kullanıcılara dahi kolay bir şekilde sunabilir.

4 Büyük boyutlu resimleri internete yerleştirmek zaman alabilir, sayfanın yüklenmesinde sorunlar çıkabilir. Bu sebeple Gİ görüntü sıkıştırmada kullanılabilir. Kullanıcı, bozukluklar içeren bir görüntüyü iyileştirmek, net olmayan bir içeriği daha keskin bir hâle getirmek, içerikteki bazı ayrıntıları belirginleştirmek, görüntü formatını değiştirmek, görüntünün kalitesini artırmak ya da benzer içerikli görüntüleri internet üzerinde aramak isteyebilir. Görüntüye metin eklemek, birtakım dönüşüm işlemleri uygulamak ya da logo oluşturmak gibi bazı tasarım çalışmaları yapılmak istenebilir. Şekil 4.1 de ve Şekil 4.2 de web tabanlı bazı örnekler verilmiştir. Şekil 4.1: Bölütleme örneği [10] Şekil 4.2: Pixolu [11] (görüntü arama örneği) Görsel olarak benzer bir başka görüntü arama örneği ise Şekil 4.3 te verilmiştir. Şekil 4.3: Metin ile görüntü arama [12] Şekil 4.3 te metin girdisiyle resimler aranmıştır. Sol üstteki görüntü için görsel olarak benzer (renk, desen, şekiller ) görüntülerin tespit edilmesiyle listelenen görüntüler ise Şekil 4.4 te görülmektedir. Örneğin adresinden ulaşılan servisle [13], benzer görüntüler tespit edilebilir, metin ve görüntü bir arada kullanılarak görüntüler aranabilir. İleri derece teknoloji ve farklı disiplinlerin bütünleşik olarak kullanımını gerektiren (gerçek zamanlı) video işleme, bilgisayarlı görü ve yapay zekâ uygulamaları da Gİ içerebilmektedir. Ayrıca bu alanlar için de web tabanlı çeşitli servisler mevcuttur. Çevrim içi servislerin kullanımı, birtakım problemlerin çözümünde kullanıcıyı aradaki tüm işlemlerden soyutlamakta; böylelikle sadece girdilerin verilmesi yeterli olmaktadır. Gİ kapsamında, kırpma, döndürme, boyutlandırma gibi temel; iskelet çıkarma, kenar belirleme ya da sıkıştırma gibi ileri seviye uygulamaları gerçekleştirme imkânı sunan pek çok servis vardır. İnternet üzerinde Gİ, görüntü düzenleme, bilgi paylaşımı, içerik tabanlı görüntü erişimi, benzer görüntülerin sorgulanması ve ileri seviye görüntü içerikli işlemler gibi çok geniş kapsamda pek çok işlemi içermektedir. Web tabanlı araçlar, masaüstü uygulamalara göre kolaylık, karşılıklı etkileşim ve birlikte çalışabilirlik, çok kullanıcılı ortam imkânı, diğer sistem ve uygulamalarla bütünleştirme gibi avantajlar sunmaktadır. Gİ kapsamında, bahsedilen teknik ve işlemler dışında, temel istatistikler alınabilir, görüntü histogramları görüntülenebilir ve birtakım analizler yapılabilir. adresi [14] kullanılarak, yüklenen görüntü ile ilgili birtakım bilgiler (temel bilgiler, histogram bilgisi vs.) çevrim içi olarak görüntülenebilir. Google Chrome web tarayıcısına eklenen bir uzantı [15] ile herhangi bir görüntünün histogram bilgisi getirilebilir (Şekil 4.5 ve Şekil 4.6). Şekil 4.5: Histogram seçeneği Şekil 4.4: Görüntü ile görüntü arama [12]

5 Şekil 4.6: Histogramın görüntülenmesi 5. Sonuçlar ve Öneriler Teknolojideki ilerleme ve internet altyapısındaki gelişmelerle birlikte, sayısal ortamdaki verilerin ulaşılabilir bir hâle gelmesi, veri miktarının ve görüntü veri tabanlarının çok büyük boyutlara ulaşması söz konusu olmuştur. Web tabanlı Gİ yazılımlarının geliştirilmesi, araştırmacılara uygulama olanağı sunması ve değişik meslek gruplarındaki kişilerin problemlerine çözüm getirmesinin yanında, daha çok kişinin bu alan ile tanışmasını sağlamaktadır. Bu çalışmanın önemi, internet üzerinde Gİ ye dikkat çekmek ve ilgili uygulama ve teknolojileri tanıtmaktır. Farklı problemlerin çözümünde kullanılabilecek esnek, kullanımı kolay ve etkileşimli yazılım araçları ile Gİ nin internet üzerinde uygulanması ve sunulması mümkündür. Gİ uygulamaları geliştirmek isteyen geliştiriciler için pek çok kütüphane ve yardımcı kaynak mevcuttur. Bu uygulamalar, internet ortamına aktarılabilir ya da web tabanlı olarak ve nesne yönelimli yaklaşımla geliştirilebilir. Şekil 5.1, Şekil 5.2 ve Şekil 5.3 te bazı örnekler verilmiştir. Şekil 5.1 ipiccy [16] Gİ tekniklerinin gelişmesi ve internet üzerinde bütünleşik olarak çalışabilen zeki uygulamaların çoğalması ile Gİ internet üzerinde daha etkili bir şekilde uygulanabilir. Şekil 5.2 FotoFlexer [17] (renkli taslak) Günümüzde pek çok uygulamanın web ve hatta mobil tabanlı çalışabilecek şekilde geliştirilmesi ile bilgiye erişim daha esnek bir şekilde sağlanabilmektedir. Bir bilgi ve eğitim ortamı da olan internetin, Gİ için de esnek, etkili ve verimli bir platform olduğu ve Gİ nin internet üzerinde esnek ve etkili bir şekilde uygulanabileceği aşikârdır. Şekil 5.3 Phixr [18] ve Lunapic [19] Web tabanlı Gİ araçlarının ve çeşitli servislerin kullanımı, hem Gİ nin öğrenilmesini hem de bu kapsamdaki işlemlerin son derece rahat bir şekilde yapılmasını sağlayacaktır. Kaynaklar [1] Yıldırım, K. S., İnce, C. ve Kalaycı, T. E., Görüntü İşleme, Ege Üniversitesi, [2] Görüntü İşleme Elif Boncuk s Blog, ntu-isleme/ [3] Görüntü işleme - Vikipedi, [4] Sayısal Görüntü İşleme, [5] Emgu CV: OpenCV in.net (C#, VB, C++ and more), [6] AForge.NET :: Computer Vision, Artificial Intelligence, Robotics, [7] PicSOM content-based multimedia retrieval, [8] TinEye Reverse Image Search, [9] myimager.com - Your Everything Online Image Editor, [10] demo: Image Segmentation, base/demo/seg/

6 [11] Pixolu - find what you imagine, [12] Travel, landscape, and nature pictures - QT Luong stock photos and fine art prints, [13] Lucignolo CBIR Search, [14] Jeffrey's Exif viewer, [15] Chrome Web Mağazası - Image Histogram, [16] Photo Editor ipiccy: Free Online Photo Editing for You, [17] FotoFlexer - The world's most advanced online photo editor, [18] Phixr - Online Photo Editor, [19] LunaPic Free Online Photo Editor, [20] Victor Image Processing Library, [21] Pixastic: JavaScript Image Processing Library, [22] Photoshop Online Tools Photoshop.com, [23] Free Online Image Editor, [24] Photo editor online / free image editing direct in your browser - Pixlr.com, [25] Sumopaint - Powerful graphics editor for your web browser and PC, [26] Free Online Image and Photo Editor, [27] pixer.us :: online photo editor, [28] Web-enabled Image Processing Operators, [29] Sky Image Processor, [30] Image upload and processing applet. Crop, resize, rotate, adjust brightness and contrast., [31] Free Online Photo Editor -WebPicTool, [32] Online Photo Editor - Edit your photos, pictures and images online for free, [33] Stock Photography, Royalty-Free Photos, Video Footage & Music Getty Images,