1. ‫الرحیم‬ ‫الرحمن‬ ‫اهلل‬ ‫بسم‬

2. ‫کرمان‬ ‫باهنر‬ ‫شهید‬ ‫دانشگاه‬
‫مهندسی‬ ‫و‬ ‫فنی‬ ‫دانشکده‬
‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫گرایش‬ ‫کامپیوتر‬ ‫مهندسی‬ ‫رشته‬ ‫کارشناسی‬ ‫پروژه‬
‫نمایی‬ ‫بزرگ‬ ‫برنامه‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫زبان‬‫به‬ ‫تصاویر‬
:‫راهنما‬ ‫استاد‬
‫نائینی‬ ‫ستاری‬ ‫وحید‬ ‫دکتر‬
: ‫دانشجو‬
‫رجبی‬ ‫ویدا‬
‫ماه‬ ‫خرداد‬1393

3. :‫تشکر‬ ‫و‬ ‫تقدیر‬
‫تشکر‬ ‫با‬‫ت‬ ‫و‬ ‫گرامی‬ ‫استاد‬ ‫و‬ ‫منان‬ ‫خداوند‬ ‫از‬.‫نمودند‬ ‫یاری‬ ‫پروژه‬ ‫این‬ ‫انجام‬ ‫راستای‬ ‫در‬ ‫مرا‬ ‫که‬ ‫دوستانی‬ ‫مام‬

4. :‫به‬ ‫تقدیم‬
‫به‬‫تقدیم‬ ‫احترام‬ ‫با‬
‫اول‬ ،‫پدرم‬‫ین‬‫است‬ ‫ســرم‬ ‫بر‬‫محبتـش‬ ‫چتر‬ ‫همـواره‬ ‫که‬ ،‫اســتادم‬
‫آموختم‬ ‫او‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫زندگی‬ ‫الفبای‬ ‫که‬ ‫بزرگواری‬.
‫است‬ ‫پنــاهم‬ ‫یگانه‬ ‫پرمهـرش‬ ‫دامان‬ ‫که‬ ،‫گاهم‬ ‫تکیه‬ ‫بلند‬ ،‫مادرم‬
‫آموختم‬ ‫او‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫ورزیدن‬ ‫عشــق‬ ‫که‬ ‫مهربانی‬.

5. : ‫چکیده‬‫به‬ ‫امروزی‬ ‫جامعه‬ ‫در‬ ‫علم‬ ‫این‬ ،‫باشد‬ ‫می‬ ‫مصنوعی‬ ‫هوش‬ ‫در‬ ‫مفید‬ ‫و‬ ‫پرکاربرد‬ ‫علوم‬ ‫از‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫علم‬
.‫است‬ ‫راه‬ ‫آغاز‬ ‫در‬ ‫تقریبا‬ ‫نیز‬ ‫ما‬ ‫کشور‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫کند‬ ‫می‬ ‫پیدا‬ ‫مهمتری‬ ‫و‬ ‫اساسی‬ ‫نقش‬ ‫روز‬ ‫به‬ ‫روز‬ ‫تخصصی‬ ‫و‬ ‫جامع‬ ‫صورت‬
‫ت‬ ‫با‬ ‫کار‬ ‫در‬ ‫مهم‬ ‫بسیار‬ ‫موضوعات‬ ‫از‬ ‫نیز‬ ‫تصویری‬ ‫های‬ ‫داده‬ ‫بزرگی‬ ‫مسئله‬‫با‬ ‫همچنین‬ .‫باشد‬ ‫می‬ ‫آنها‬ ‫وپردازش‬ ‫صاویر‬
‫های‬ ‫قابلیت‬ ‫و‬ ‫ها‬ ‫مزیت‬ ‫به‬ ‫توجه‬FPGA‫زبان‬ ‫جهانی‬ ‫محبوبیت‬ ‫و‬ ‫اهمیت‬ ‫و‬HDL‫نمایی‬ ‫بزرگ‬ ‫نوشته‬ ‫این‬ ‫در‬
‫مختلف‬ ‫های‬ ‫قسمت‬ ‫کدنویسی‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫طراحی‬ ‫مراحل‬ .‫ایم‬ ‫کرده‬ ‫سازی‬ ‫پیاده‬ ‫را‬ ‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫زبان‬ ‫به‬ ‫تصاویر‬
‫زبان‬ ‫به‬VHDL. ‫است‬ ‫شده‬ ‫تالش‬ ‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫این‬ ‫مختلف‬ ‫های‬ ‫قسمت‬ ‫تکمیل‬ ‫جهت‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫بوده‬‫عملکردهای‬ ‫تمام‬
‫افزار‬ ‫نرم‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫دستگاه‬Modelsim‫سازی‬ ‫شبیه‬‫تست‬ ‫و‬‫شده‬‫روی‬ ‫بر‬ ‫بارگذاری‬ ‫آماده‬ ‫نهایت‬ ‫در‬ ‫و‬FPGA‫می‬
.‫باشد‬

6. ‫مطالب‬ ‫فهرست‬
‫عنوان‬‫صفحه‬
‫یک‬ ‫فصل‬-‫مقدمه‬......................................................................................................1
‫دوم‬ ‫فصل‬–‫تصویر‬ ‫پردازش‬.........................................................................................................................3
2-1-‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫تاریخچه‬.................................................................................................................3
2-2-‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫علم‬.........................................................................................................................5
2-3-‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫در‬ ‫اصطالحاتی‬.....................................................................................................6
2-3-1-‫پیکسل‬......................................................................................................................................6
2-3-2-‫تصویر‬.......................................................................................................................................6
2-3-3-‫تصویر‬ ‫کردن‬ ‫خاکستری‬..........................................................................................................6
2-3-4-‫همسایگی‬...................................................................................................................................7
2-3-5-‫تصویر‬ ‫دقت‬.............................................................................................................................7
2-4-‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫در‬ ‫اصلی‬ ‫عملیات‬..................................................................................................7
2-5-‫تولید‬ ‫تا‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫ورود‬ ‫لحظه‬ ‫از‬ ‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫که‬ ‫مراحلی‬‫کند‬ ‫طی‬ ‫باید‬ ‫خروجی‬ ‫تصویر‬............8
2-5-1-‫ورودی‬ ‫تصویر‬ ‫دریافت‬...........................................................................................................8
2-5-2-‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫پیش‬...............................................................................................................8
2-5-3-‫تصویر‬ ‫پردازش‬........................................................................................................................8
2-5-4-‫تصویر‬ ‫آنالیز‬............................................................................................................................8
2-6-‫هیستوگرام‬........................................................................................................................................9
2-7-‫گیری‬ ‫آستانه‬...................................................................................................................................10

7. ‫مطالب‬ ‫فهرست‬
‫عنوان‬‫صفحه‬
2-8-‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫لبه‬ ‫تشخیص‬...........................................................................................................10
2-8-1-‫ها‬ ‫لبه‬ ‫انواع‬..............................................................................................................................11
2-8-1-1-‫افقی‬ ‫لبه‬.........................................................................................................................11
2-8-1-2-‫عمودی‬‫لبه‬.....................................................................................................................11
2-8-1-3-‫مورب‬ ‫لبه‬.......................................................................................................................11
2-9-‫ع‬‫تصاویر‬ ‫روی‬ ‫ملیات‬......................................................................................................................11
2-9-1-‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫تفریق‬....................................................................................................................11
2-9-2-‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫جمع‬.....................................................................................................................12
2-9-3-‫تصاویر‬ ‫از‬ ‫گیری‬ ‫میانگین‬......................................................................................................13
2-9-4-‫تصویر‬ ‫کردن‬ ‫مکمل‬..............................................................................................................13
2-9-5-‫تصویر‬ ‫کردن‬ ‫فیلتر‬................................................................................................................14
2-9-5-1-‫تیز‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬..............................................................................................................14
2-9-5-2-‫آرام‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬............................................................................................................14
2-9-5-3-‫کننده‬ ‫آرام‬ ‫فیلترهای‬.......................................................................................................14
2-9-5-4-‫کننده‬ ‫تیز‬ ‫فیلترهای‬........................................................................................................15
2-10-‫تصاویر‬ ‫سازی‬ ‫فشرده‬....................................................................................................................15
2-10-1-‫روش‬JPEG.........................................................................................................................16
2-10-2-‫روش‬MPEG....................................................................................................................16

8. ‫مطالب‬ ‫فهرست‬
‫عنوان‬‫صفحه‬
2-10-3-‫روش‬MPEG2.................................................................................................................16
2-10-4-‫روش‬MPEG4.................................................................................................................17
2-11-‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫کاربرد‬................................................................................................................17
‫سوم‬ ‫فصل‬-‫پذیر‬ ‫برنامه‬ ‫منطقی‬ ‫های‬ ‫آرایه‬FPGA...............................................................................18
3-1-‫تاریخچه‬..........................................................................................................................................20
3-2-‫ساختارکلی‬FPGA........................................................................................................................21
3-2-1-‫پذیر‬ ‫برنامه‬ ‫منطقی‬ ‫های‬ ‫بلوک‬...............................................................................................22
3-2-2-‫پذیر‬ ‫برنامه‬‫اتصاالت‬...............................................................................................................22
3-2-3-‫ورودی‬ ‫های‬ ‫بل.ک‬-‫خروجی‬..............................................................................................23
3-3-‫از‬ ‫استفاده‬ ‫های‬ ‫مزیت‬FPGA‫ها‬...................................................................................................23
3-4-‫کاربرد‬FPGA................................................................................................................................25
3-5-ASIC..............................................................................................................................................26
3-6-‫های‬ ‫معماری‬ ‫انواع‬FPGA.............................................................................................................27
3-7-‫کنندگان‬ ‫تولید‬FPGA...................................................................................................................27
3-8-‫با‬ ‫طراحی‬ ‫و‬ ‫نویسی‬ ‫برنامه‬FPGA..................................................................................................28
3-8-1-‫سازی‬ ‫شبیه‬...............................................................................................................................29
3-8-1-1-‫منطقی‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬..........................................................................................................29
3-8-1-2-‫زمانی‬ ‫ساز‬ ‫شبیه‬...............................................................................................................30

9. ‫مطالب‬ ‫فهرست‬
‫عنوان‬‫صفحه‬
3-9-‫ریزی‬ ‫برنامه‬ ‫های‬ ‫تگنولوژی‬FPGA.............................................................................................30
3-9-1-‫ریزی‬ ‫برنامه‬‫تکنولوژی‬SRAM..........................................................................................30
3-9-2-‫ریزی‬ ‫برنامه‬‫تکنولوژی‬FLASH..........................................................................................31
3-9-3-‫ریزی‬ ‫برنامه‬‫تکنولوژی‬ANTI-FUSE................................................................................31
3-9-4-‫شناور‬ ‫های‬ ‫گیت‬ ‫تکنولوژی‬....................................................................................................32
3-10-‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫زبان‬VHDL.............................................................................................32
3-11-‫ارزش‬ ‫در‬ ‫مالحضه‬ ‫قابل‬ ‫فاکتورهای‬VHDL.............................................................................33
3-12-‫های‬ ‫مزیت‬VHDL......................................................................................................................33
‫چهارم‬ ‫فصل‬-‫زبان‬ ‫به‬ ‫تصاویر‬ ‫نمایی‬‫بزرگ‬ ‫برنامه‬‫سازی‬ ‫پیاده‬‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬...............................35
4-1-‫نمایی‬‫بزرگ‬‫سازی‬ ‫پیاده‬................................................................................................................36
4-2-‫های‬ ‫پین‬FPGA............................................................................................................................36
4-2-1-‫پایه‬‫خروجی‬ ‫های‬FPGA....................................................................................................36
4-3-‫نحوه‬config‫پیکربندی‬ ‫و‬FPGA...............................................................................................37
4-4-‫دستگاه‬ ‫اندازی‬ ‫راه‬.........................................................................................................................39
4-5-‫برنامه‬ ‫طراحی‬..................................................................................................................................40
4-6-‫نتایج‬ ‫و‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬.........................................................................................................................43
‫پنجم‬ ‫فصل‬-‫نتیجه‬‫گیری‬..............................................................................................................................47
‫نوشت‬ ‫کوتاه‬..................................................................................................................................................49
‫منابع‬...............................................................................................................................................................50

10. ‫ها‬ ‫شکل‬ ‫فهرست‬
‫شکل‬2-1-‫هیستوگرام‬ ‫تعدیل‬ ‫از‬ ‫قبل‬..........................................................................................................10
‫شکل‬2-2-‫هیستوگرام‬ ‫تبدیل‬ ‫از‬ ‫بعد‬...........................................................................................................10
‫شکل‬2-3-‫تصاویر‬ ‫جمع‬.............................................................................................................................12
‫شکل‬2-4-‫تصویر‬ ‫گیری‬ ‫میانگین‬...............................................................................................................13
‫شکل‬2-5-‫کننده‬ ‫آرام‬ ‫فیلتر‬ ‫تاثیر‬................................................................................................................15
‫شکل‬2-6-‫تیز‬ ‫فیلترهای‬ ‫تاثیر‬‫کننده‬...........................................................................................................15
‫شکل‬3-1-‫کلی‬ ‫ساختار‬FPGA................................................................................................................21
‫شکل‬3-2-‫یک‬ ‫سلول‬SRAM..................................................................................................................31
‫شکل‬3-3-‫ساختار‬FPGA.........................................................................................................................36
‫شکل‬4-1-‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫نتیجه‬.......................................................................................................................46

11. ‫فصل‬‫یک‬–‫مقدمه‬
‫امروزه‬‫پردازش‬‫تصویر‬‫بهترین‬‫ابزار‬‫برا‬‫ی‬‫استخراﺝ‬‫ویﮋگی‬‫ها‬‫تحلیل‬ ‫و‬‫موقعیت‬‫در‬ ‫و‬‫نهایت‬‫تصمیم‬‫گیر‬‫ی‬
‫صحیﺢ‬‫می‬‫باشد‬.‫در‬‫مورد‬‫انسان‬‫نیز‬‫به‬‫همین‬‫صورت‬‫است‬،‫اطالعات‬‫از‬‫طریق‬‫چشم‬‫به‬‫مﻐز‬‫ارسال‬‫می‬‫شوند‬‫و‬‫مﻐز‬
‫با‬‫پردازش‬‫این‬‫اطالعات‬‫تصمیم‬‫نهایی‬‫را‬‫گرفته‬‫و‬‫فرمان‬‫صادر‬‫می‬‫کند‬.‫هدﻑ‬‫از‬‫پردازش‬‫تصویر‬‫پیاده‬‫ساز‬‫ی‬
‫عملکرد‬‫ﺫهن‬‫انسان‬‫در‬‫قبال‬‫داده‬‫ها‬‫ی‬‫دریافتی‬‫از‬‫چشم‬‫نمی‬‫باشد‬‫زیرا‬‫این‬‫عملیات‬‫بسیار‬‫پیچیده‬‫و‬‫حجیم‬‫است‬،
‫بلکه‬‫هدﻑ‬‫پیش‬‫پردازش‬‫ها‬‫وانجام‬‫پردازش‬‫خاصی‬‫برا‬‫ی‬‫استخراﺝ‬‫ویﮋگی‬‫مورد‬‫نیاز‬‫برا‬‫ی‬‫رسیدن‬‫به‬‫اهداﻑ‬‫از‬
‫پیش‬‫تعیین‬‫شده‬‫می‬‫باشد‬.
‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫تبدیل‬ ‫برای‬ ‫روشی‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬‫منظور‬ ‫به‬ ،‫آن‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫عملیات‬ ‫از‬ ‫برخی‬ ‫انجام‬ ‫و‬ ‫دیجیتال‬ ‫صورت‬ ‫به‬
.‫است‬ ‫آن‬ ‫از‬ ‫مفید‬ ‫اطالعات‬ ‫از‬ ‫برخی‬‫استخراﺝ‬ ‫برای‬‫یا‬ ‫و‬ ‫یافته‬ ‫بهبود‬‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫دریافت‬
‫و‬ ‫صنعتی‬ ‫کنترل‬ ، ‫پزشکی‬ ‫مهندسی‬ ، ‫دفاعی‬ ‫های‬ ‫سیستم‬ ، ‫رباتیک‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫را‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫عمده‬ ‫کاربرد‬ ‫پنج‬
‫عنوان‬‫کامپیوتری‬ ‫گرافیک‬‫کرد‬.
‫باشد‬ ‫می‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫زمینه‬ ‫در‬ ‫مهم‬ ‫مسائل‬ ‫از‬ ‫یکی‬ ‫تصاویر‬ ‫کردن‬ ‫بزرگ‬ ‫ی‬ ‫مسئله‬‫افزارهای‬ ‫نرم‬ ‫امروزه‬ .
‫اشاره‬ ‫پزشکی‬ ‫زمینه‬ ‫در‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫تصاویر‬ ‫کردن‬ ‫بزرگ‬ ‫های‬ ‫کاربرد‬ ‫مهمترین‬ ‫از‬ .‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫زمینه‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫گوناگونی‬
‫همچنین‬ .‫کرد‬‫انداز‬ ‫در‬ ‫چاپ‬ ‫منظور‬ ‫به‬ ‫کوچک‬ ‫تصاویر‬ ‫نمایی‬ ‫بزرگ‬‫بنرهای‬ ، ‫ها‬ ‫بورد‬ ‫بیل‬ ‫برای‬ ‫بزرگ‬ ‫های‬ ‫ه‬
.‫باشد‬ ‫می‬ ‫آن‬ ‫کاربردهای‬ ‫دیگر‬ ‫از‬ ‫غیره‬‫و‬‫تبلیﻐاتی‬ ‫بزرگ‬
‫که‬ ‫است‬ ‫ﺫکر‬ ‫قابل‬‫زبان‬‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫های‬‫افزار‬‫نیز‬‫ابزار‬ ‫مهمترین‬ ‫از‬ ‫یکی‬‫سخت‬ ‫طراحی‬ ‫مدرن‬ ‫های‬‫افزار‬‫ها‬
‫می‬‫باش‬‫ن‬‫افزایش‬ ‫به‬ ‫رو‬ ‫صنعت‬ ‫در‬ ‫آنها‬ ‫کاربرد‬ ‫که‬ ‫د‬‫تا‬ ‫طراحی‬ ‫فرایند‬ ‫نشدنی‬ ‫جدا‬ ‫عضو‬ ‫امروزه‬ ‫که‬ ‫طوری‬ ‫به‬ ‫است‬
‫سخت‬ ‫سازی‬ ‫پیاده‬‫افزار‬‫می‬ ‫شمار‬ ‫به‬ ‫مدرن‬ ‫های‬.‫روند‬

12. ‫اول‬ ‫فصل‬‫مقدمه‬
2
‫زبان‬ ‫اینکه‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬‫ها‬‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫ی‬‫افزار‬‫بهترین‬ ‫جزء‬‫ابزار‬‫سخت‬ ‫جنبش‬ ‫توسعه‬ ‫های‬‫شمار‬ ‫به‬ ‫آزاد‬ ‫افزار‬
‫می‬،‫روند‬‫پروژ‬ ‫این‬ ‫در‬‫ما‬ ‫ه‬‫مسئله‬ ‫سازی‬ ‫شبیه‬ ‫و‬ ‫سازی‬ ‫پیاده‬‫را‬ ‫تصاویر‬ ‫نمایی‬ ‫بزرگ‬‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫زبان‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬
‫افزار‬VHDL‫روی‬ ‫بر‬ ‫انتقال‬ ‫امکانات‬ ‫نبود‬ ‫به‬‫توجه‬ ‫با‬‫و‬ ‫دهیم‬ ‫می‬ ‫انجام‬FPGA.‫کنیم‬ ‫می‬ ‫واگذار‬ ‫آینده‬ ‫به‬ ‫را‬
‫شرح‬ ‫کلی‬ ‫نگاه‬‫یک‬ ‫در‬.‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫زیر‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫بندی‬ ‫فصل‬
‫در‬‫دوم‬ ‫فصل‬‫پردازش‬ ‫به‬.‫پردازیم‬ ‫می‬ ‫تصویر‬‫در‬ ‫تصویر‬ ‫انالیز‬ ‫راستای‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫هایی‬ ‫پردازش‬ ‫و‬ ‫عملیات‬ ‫مجموعه‬ ‫به‬
‫گویند‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫علم‬ ،‫است‬ ‫شده‬ ‫انجام‬ ‫مختلف‬ ‫های‬ ‫زمینه‬‫هوش‬ ‫در‬ ‫مفید‬ ‫و‬ ‫پرکاربرد‬ ‫علوم‬ ‫از‬ ‫یکی‬ ‫که‬ ،
.‫باشد‬ ‫می‬ ‫مصنوعی‬‫توضیحا‬ ‫سپس‬ ‫و‬ ‫پردازیم‬ ‫می‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫از‬ ‫ای‬ ‫تاریخچه‬ ‫به‬ ‫فصل‬ ‫این‬ ‫ادامه‬ ‫در‬‫به‬ ‫راجع‬ ‫تی‬
‫این‬ ‫روزافزون‬ ‫پیشرفت‬ ‫شاهد‬ ‫که‬ ‫امیدواریم‬ .‫است‬ ‫شده‬ ‫ﺫکر‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫کاربردهای‬ ‫و‬ ‫تصاویر‬ ‫روی‬ ‫عملیات‬
.‫باشیم‬ ‫کشور‬ ‫در‬ ‫علم‬
‫معرفی‬ ‫به‬ ‫سوم‬ ‫فصل‬ ‫در‬FPGA‫مختلف‬ ‫علوم‬ ‫در‬ ‫کاربردشان‬ ‫و‬ ‫آنها‬ ‫ریزی‬ ‫برنامه‬ ‫روشهای‬ ، ‫آنها‬ ‫معماری‬ ، ‫ها‬
‫پ‬‫زبان‬ ‫به‬ ‫ادامه‬ ‫در‬ .‫ایم‬ ‫رداخته‬‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬‫ی‬VHDL.‫ایم‬ ‫پزداخته‬ ‫آن‬ ‫مزایای‬ ‫و‬
‫زبان‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫تصاویر‬ ‫نمایی‬ ‫بزرگ‬ ‫برنامه‬ ‫سازی‬ ‫پیاده‬ ‫و‬ ‫طراحی‬ ‫نحوه‬ ‫و‬ ‫معرفی‬ ‫به‬ ‫شروع‬ ‫چهارم‬ ‫فصل‬ ‫در‬
‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬VHDL‫پرداخته‬‫پیکربندی‬ ‫ی‬ ‫نحوه‬ ‫به‬ ‫راجع‬ ‫توضیحاتی‬ ‫سپس‬ ‫و‬FPGA‫دستگاه‬ ‫اندازی‬ ‫راه‬ ‫و‬
‫دهیم‬ ‫می‬ ‫نشان‬ ‫را‬‫ایم‬ ‫آورده‬ ‫دست‬ ‫به‬‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫این‬ ‫طراحی‬ ‫از‬ ‫که‬ ‫نتایجی‬ ‫نهایت‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫است‬ ‫شده‬ ‫آورده‬.
.‫پردازیم‬ ‫می‬ ‫بودیم‬ ‫آن‬ ‫دنبال‬ ‫به‬ ‫که‬ ‫اهدافی‬ ‫و‬ ‫نتایج‬ ‫بررسی‬ ‫به‬‫پنجم‬ ‫فصل‬ ‫در‬ ‫نهایت‬ ‫در‬

13. ‫دو‬ ‫فصل‬‫م‬-‫تصویر‬ ‫پردازش‬
‫علم‬‫پردازش‬‫تصویر‬،‫از‬‫علوم‬‫پرکاربرد‬‫و‬‫مفید‬‫در‬‫هوش‬‫مصنوعی‬‫می‬‫باشد‬.‫است‬ ‫ﺫکر‬ ‫قابل‬‫پردازش‬ ‫علم‬ ‫که‬
‫در‬ ‫و‬ ‫کند‬ ‫می‬ ‫پیدا‬ ‫تری‬ ‫مهم‬ ‫و‬ ‫اساسی‬ ‫نقش‬ ‫روز‬ ‫به‬ ‫روز‬ ، ‫تخصصی‬ ‫و‬ ‫جامع‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫امروزی‬ ‫دنیای‬ ‫در‬ ‫تصویر‬
‫است‬ ‫راه‬ ‫اغاز‬ ‫در‬ ً‫ا‬‫تقریب‬ ‫نیز‬ ‫ما‬ ‫کشور‬.‫مسئله‬‫بزرگی‬‫داده‬‫ها‬‫ی‬‫تصویر‬‫و‬‫تالش‬‫جهت‬‫حذﻑ‬‫نویز‬‫و‬‫اختالالت‬‫تصویر‬
‫نظیر‬‫پارامترها‬‫ی‬‫حاصل‬‫از‬‫منابع‬‫نور‬‫نامناسﺐ‬،‫عدم‬‫تناسﺐ‬‫ترکیﺐ‬‫رنﮓ‬‫ها‬‫و‬‫عوامل‬‫متعدد‬‫دیگر‬‫در‬‫تصاویر‬
‫دریافتی‬،‫از‬‫موضوعات‬‫بسیار‬‫مهم‬‫در‬‫کار‬‫با‬‫تصاویر‬‫و‬‫پردازش‬‫آنها‬‫می‬‫باشد‬.
‫امروزه‬‫پردازش‬‫تصویر‬‫بهترین‬‫ابزار‬‫برا‬‫ی‬‫استخراﺝ‬‫ویﮋگی‬‫ها‬‫وتحلیل‬‫موقعیت‬‫ودر‬‫نهایت‬‫تصمیم‬‫گیر‬‫ی‬‫صحیﺢ‬
‫می‬.‫باشد‬
‫به‬ ‫فصل‬ ‫این‬ ‫در‬.‫پردازیم‬ ‫می‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫مفاهیم‬
2-1-‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫تاریخچه‬
‫سال‬ ‫از‬1964‫اکنون‬ ،‫فضایی‬ ‫تحقیقات‬ ‫برنامه‬ ‫بر‬ ‫عالوه‬ .‫است‬ ‫کرده‬ ‫فراوانی‬ ‫رشد‬ ،‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫موضوع‬ ،‫تاکنون‬
‫ام‬ ،‫هستند‬ ‫نامرتبط‬ ‫هم‬ ‫با‬ ‫مسائل‬ ‫این‬ ‫اغلﺐ‬ ‫چه‬ ‫گر‬ .‫شود‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫متعددی‬ ‫موارد‬ ‫در‬ ،‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫فنون‬ ‫از‬‫ا‬
‫نمونه‬ ‫برای‬ .‫باشد‬ ‫انسان‬ ‫تحلیل‬ ‫و‬ ‫تعبیر‬ ‫برای‬ ‫تصویری‬ ‫اطالعات‬ ‫ارتقای‬ ‫به‬ ‫قادر‬ ‫که‬ ‫هستند‬ ‫هایی‬ ‫روش‬ ‫نیازمند‬ ‫عموما‬
‫ای‬ ‫رایانه‬ ‫های‬ ‫شیوه‬ ‫پزشکی‬ ‫در‬Contrast‫ایکس‬ ‫اشعه‬ ‫تصاویر‬ ‫اسانتر‬ ‫تعبیر‬ ‫برای‬ ‫که‬ ‫این‬ ‫یا‬ ‫دهند‬ ‫می‬ ‫ارتقا‬ ‫را‬ ‫تصویر‬
‫ها‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫نیز‬‫جﻐرافیایی‬ ‫متخصصان‬ .‫کنند‬ ‫می‬ ‫رمز‬ ،‫رنﮓ‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ‫سطوح‬ ،‫پزشکی‬ ‫تصاویر‬ ‫سایر‬ ‫یا‬
‫روش‬ ‫یا‬‫الگوهای‬ ‫مطالعه‬ ‫برای‬ ‫مشابه‬ ‫های‬‫آل‬‫بدس‬ ‫ای‬ ‫ماهواره‬ ‫و‬ ‫هوایی‬ ‫برداری‬ ‫تصویر‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫هوا‬ ‫ودگی‬،‫است‬ ‫امده‬ ‫ت‬

14. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
4
‫تنها‬ ‫که‬ ‫ای‬ ‫شده‬ ‫مات‬ ‫های‬ ‫عکس‬ ‫بازیابی‬ ‫برای‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫های‬ ‫روش‬ ‫نیز‬ ‫شناسی‬ ‫باستان‬ ‫در‬ .‫کنند‬ ‫می‬ ‫استفاده‬
‫بارها‬ ‫ای‬ ‫رایانه‬ ‫فنون‬ ،‫مرتبط‬ ‫های‬ ‫زمینه‬ ‫و‬ ‫فیزیک‬ ‫در‬ .‫گیرد‬ ‫می‬ ‫قرار‬ ‫استفاده‬ ‫مورد‬ ،‫هستند‬ ‫نادر‬ ‫هنری‬ ‫اثار‬ ‫مانده‬ ‫باقی‬
‫ن‬ ‫موضوعاتی‬ ‫به‬ ‫مربوط‬ ‫های‬ ‫ازمایش‬ ‫تصاویر‬.‫اند‬ ‫داده‬ ‫ارتقا‬ ‫را‬ ‫الکترونی‬ ‫ریزبینی‬ ‫تصاویر‬ ‫و‬ ‫پرانرژی‬ ‫پالسماهای‬ ‫ظیر‬
‫اجرای‬ ،‫ای‬ ‫هسته‬ ‫پزشکی‬ ،‫شناسی‬ ‫زیست‬ ،‫نجوم‬ ‫در‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫نیز‬ ‫را‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫از‬ ‫دیگری‬ ‫موفق‬ ‫کاربردهای‬
‫کرد‬ ‫بیان‬‫صنعت‬‫و‬ ‫دفع‬ ،‫قانون‬..‫است‬ ‫مصنوعی‬ ‫هوش‬ ‫در‬ ‫مهم‬ ‫مسائل‬ ‫از‬ ‫یکی‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬
‫دهه‬ ‫اوایل‬ ‫در‬60‫سفی‬‫رنجر‬ ‫فضایی‬ ‫نه‬7‫زمین‬ ‫به‬ ‫ماه‬ ‫سطﺢ‬ ‫از‬ ‫مبهمی‬ ‫تلویزیونی‬ ‫تصاویر‬ ‫ارسال‬ ‫به‬ ‫شروع‬ ‫ناسا‬ ‫به‬ ‫متعلق‬
.‫بود‬‫تصاویر‬ ‫روی‬ ‫تصمیماتی‬ ‫اعمال‬ ‫نیازمند‬ ‫اپولو‬ ‫سفینه‬ ‫فرود‬ ‫برای‬ ‫محلی‬ ‫یافتن‬ ‫برای‬ ‫تصویر‬ ‫جزئیات‬ ‫استخراﺝ‬ .‫کرد‬
‫البراتوار‬ ‫عهده‬ ‫به‬ ‫مهم‬ ‫کار‬ ‫این‬(JPL) Jet Propulsion‫قرار‬.‫شد‬ ‫داده‬‫بدین‬‫ترتیﺐ‬‫زمینه‬‫تخصصی‬‫پردازش‬
‫تصاویر‬‫رقومی‬‫اغاز‬‫گردید‬‫و‬‫مثل‬‫تمام‬‫تکنولوژی‬‫های‬‫دیگر‬ً‫ا‬‫سریع‬‫استفاده‬‫های‬‫متعدد‬‫پیدا‬‫کرد‬.
‫دهه‬ ‫در‬ ‫رقومی‬ ‫تصاویر‬ ‫پردازش‬ ‫کاربردهای‬ ‫ترین‬ ‫ابتدایی‬60‫و‬70‫شد‬ ‫باعث‬ ‫که‬ ‫بود‬ ‫جاسوسی‬ ‫و‬ ‫نظامی‬ ‫های‬ ‫جنبه‬
.‫اید‬ ‫بوجود‬ ‫باالتر‬ ‫کیفیت‬ ‫با‬ ‫تصاویر‬ ‫به‬ ‫نیاز‬‫که‬ ‫شد‬ ‫پیدا‬ ‫زمین‬ ‫سطﺢ‬ ‫رقومی‬ ‫تصاویر‬ ‫برای‬ ‫دیگری‬ ‫مصارﻑ‬ ‫ان‬ ‫از‬ ‫پس‬
‫طیفی‬ ‫چند‬ ‫تصاویر‬ ‫کاربرد‬(Multi Spectral)‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫همچنین‬ .‫است‬ ‫جمله‬ ‫ان‬ ‫از‬ ‫داری‬ ‫جنگل‬ ‫و‬ ‫کشاورزی‬ ‫در‬
‫الودگی‬ ‫منابع‬ ‫ردیابی‬ ‫یا‬ ‫و‬ ‫افتاده‬ ‫دور‬ ‫های‬ ‫سرزمین‬ ‫در‬ ‫نفت‬ ‫کنکاش‬ ‫مثل‬ ‫هایی‬ ‫عملیات‬ ‫رقمی‬ ‫تصاویر‬‫از‬ ‫شهری‬
‫دا‬‫متخصصین‬ ‫کار‬ ‫دفتر‬ ‫خل‬‫آ‬‫شد‬ ‫انجام‬ ‫نها‬.
‫دهه‬ ‫اواسط‬ ‫از‬70‫دهه‬ ‫اواسط‬ ‫تا‬80‫ی‬ ‫ها‬ ‫اسکنر‬ ‫اختراع‬CAT(Computerized Arial Topography)‫و‬
‫اسکنر‬‫های‬MRIResonance Imagery)(Magnetic‫کننده‬ ‫استفاده‬ ‫چاپ‬ ‫صنعت‬ .‫کردند‬ ‫متحول‬ ‫را‬ ‫پزشکی‬
‫دهه‬ ‫اواخر‬ ‫در‬ .‫بود‬ ‫بعدی‬80‫تصاویر‬ ‫پردازش‬‫امر‬ ‫به‬ ‫نقش‬ ‫این‬ ‫امروزه‬ ‫بطوریکه‬ ‫شد‬ ‫سرگرمی‬ ‫دنیای‬ ‫وارد‬ ‫رقمی‬
‫ظهور‬ ‫با‬ ‫واقع‬ ‫در‬ ‫یعنی‬ ‫بینند‬ ‫می‬ ‫عمال‬ ‫که‬ ‫هایی‬ ‫روبات‬ ‫با‬ ‫صنعت‬ ‫دنیای‬ ‫ترتیﺐ‬ ‫همین‬ ‫به‬ .‫است‬ ‫شده‬ ‫تبدیل‬ ‫عادی‬
‫تکنولوژی‬Machine Vision‫است‬ ‫تحول‬ ‫حال‬ ‫در‬ ‫هم‬ ‫هنوز‬ ‫و‬ ‫شد‬ ‫متحول‬.
‫ها‬ ‫کامپیوتر‬ ‫شدن‬ ‫ارزانتر‬ ‫و‬ ‫سریعتر‬ ‫با‬ ‫ساله‬ ‫هر‬‫افراد‬ ،‫ارتباطات‬ ‫تکنولوژی‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫تصاویر‬ ‫پخش‬ ‫امکان‬ ‫ایجاد‬ ‫و‬
‫کار‬ ‫و‬ ‫کسﺐ‬ ‫انجام‬ ‫برای‬ ‫زنده‬ ‫روش‬ ‫یک‬ ‫ویدئویی‬ ‫های‬ ‫کنفرانس‬ .‫کنند‬ ‫می‬ ‫پیدا‬ ‫دسترسی‬ ‫تصاویر‬ ‫این‬ ‫به‬ ‫بیشتری‬
‫با‬ ‫خوشبختانه‬ .‫اند‬ ‫کرده‬ ‫پیدا‬ ‫خوبی‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫تصاویر‬ ‫مدیریت‬ ‫و‬ ‫نمایش‬ ‫توانایی‬ ‫خانگی‬ ‫ی‬ ‫کامپیوترها‬ ‫و‬ ‫اند‬ ‫شده‬‫باالتر‬
‫شده‬ ‫کمتر‬ ‫ها‬ ‫نگرانی‬ ‫تصاویر‬ ‫پردازش‬ ‫امکانات‬ ‫بابت‬ ‫از‬ ‫دیگر‬ ‫کامپیوترها‬ ‫حافظه‬ ‫فضای‬ ‫و‬ ‫پردازش‬ ‫سرعت‬ ‫رفتن‬
‫کند‬ ‫می‬ ‫پیدا‬ ‫ادامه‬ ‫رشد‬ ‫به‬‫رو‬ ‫روند‬ ‫این‬ ‫روز‬ ‫به‬ ‫روز‬ ‫و‬ ‫است‬.

15. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
5
‫به‬ ‫دیجیتالی‬ ‫های‬ ‫دوربین‬ ‫و‬ ‫اسکنرها‬ ‫مانند‬ ‫گسسته‬ ‫اطالعات‬ ‫اخذ‬ ‫های‬ ‫روش‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫متعددی‬ ‫های‬ ‫پیشرفت‬ ‫با‬ ‫امروزه‬
‫است‬ ‫یافته‬ ‫فراوانی‬ ‫کاربرد‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ،‫است‬ ‫امده‬ ‫وجود‬.
2-2-‫علم‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
‫علم‬ ،‫است‬ ‫شده‬ ‫انجام‬ ‫مختلف‬ ‫های‬ ‫زمینه‬ ‫در‬ ‫تصویر‬ ‫انالیز‬ ‫راستای‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫هایی‬ ‫پردازش‬ ‫و‬ ‫عملیات‬ ‫مجموعه‬ ‫به‬
.‫گویند‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬‫نوع‬ ‫هر‬ ‫از‬ ‫عبارتست‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫خاص‬ ‫معنای‬ ‫در‬‫سیگنال‬ ‫پردازش‬‫یک‬ ‫ورودی‬ ‫که‬
‫یا‬ ‫عکس‬ ‫مثل‬ ‫است‬ ‫تصویر‬‫صحنه‬‫می‬ ‫تصویر‬ ‫پردازشگر‬ ‫خروجی‬ .‫فیلم‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫ای‬‫مجموعه‬ ‫یک‬ ‫یا‬ ‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫تواند‬
‫ا‬‫یا‬ ‫ویﮋه‬ ‫نشانهای‬ ‫ز‬‫متﻐیرهای‬.‫باشد‬ ‫تصویر‬ ‫به‬ ‫مربوط‬
‫گسترده‬ ‫تحقیقات‬ ‫و‬ ‫مطالعات‬ ‫باز‬ ‫دیر‬ ‫از‬ ‫و‬ ‫باشد‬ ‫می‬ ‫مهندسی‬ ‫فنون‬ ‫در‬ ‫مفید‬ ‫و‬ ‫پرکاربرد‬ ‫علوم‬ ‫از‬ ،‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫علم‬
‫صو‬‫زمینه‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫ای‬‫فراوانی‬ ‫های‬ ‫پیشرفت‬ ‫و‬ ‫گرفته‬ ‫رت‬‫زمینه‬ ‫این‬ ‫در‬‫است‬ ‫شده‬ ‫حاصل‬.
‫می‬ ‫گفته‬ ‫دیجیتال‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫موضوع‬ ‫به‬ ‫بیشتر‬ ‫امروزه‬ ‫تصاویر‬ ‫پردازش‬‫شاخه‬ ‫که‬ ‫شود‬‫از‬ ‫ای‬‫رایانه‬ ‫دانش‬‫است‬
‫پردازش‬ ‫با‬ ‫که‬‫سیگنال‬‫با‬ ‫شده‬ ‫برداشته‬ ‫تصاویر‬ ‫نماینده‬ ‫که‬ ‫دیجیتال‬‫دیجیتال‬ ‫دوربین‬‫توسط‬ ‫شده‬ ‫پویش‬ ‫یا‬‫پویشگر‬
.‫دارد‬ ‫کار‬ ‫و‬ ‫سر‬ ‫هستند‬
‫عمده‬ ‫شاخه‬ ‫دو‬ ‫دارای‬ ‫تصاویر‬ ‫پردازش‬‫تصاویر‬ ‫بهبود‬‫و‬‫ماشین‬ ‫بینایی‬‫روشهایی‬ ‫دربرگیرنده‬ ‫تصاویر‬ ‫بهبود‬ .‫است‬
‫از‬ ‫استفاده‬ ‫چون‬‫فیلتر‬‫و‬ ‫محوکننده‬‫تضاد‬ ‫افزایش‬‫نمایش‬ ‫از‬ ‫اطمینان‬ ‫و‬ ‫تصاویر‬ ‫دیداری‬ ‫کیفیت‬ ‫کردن‬ ‫بهتر‬ ‫برای‬
‫مقصد(مانند‬ ‫محیط‬ ‫در‬ ‫آنها‬ ‫درست‬‫چاپگر‬‫یا‬‫رایانه‬ ‫نمایشگر‬‫ب‬ ‫ماشین‬ ‫بینایی‬ ‫که‬ ‫حالی‬ ‫در‬ ،‫)است‬‫می‬ ‫روشهایی‬ ‫ه‬‫پردازد‬
‫می‬ ‫آنها‬ ‫کمک‬ ‫به‬ ‫که‬‫چون‬ ‫کارهایی‬ ‫در‬ ‫آنها‬ ‫از‬ ‫تا‬ ‫کرد‬ ‫درک‬ ‫را‬ ‫تصاویر‬ ‫محتوای‬ ‫و‬ ‫معنی‬ ‫توان‬‫رباتیک‬‫و‬‫محو‬‫ر‬
‫ت‬‫صاویر‬.‫شود‬ ‫استفاده‬
‫منابع‬ ‫از‬ ‫حاصل‬ ‫پارامترهای‬ ‫نظیر‬ ‫تصویری‬ ‫اختالالت‬ ‫و‬ ‫نویز‬ ‫حذﻑ‬ ‫جهت‬ ‫تالش‬ ‫و‬ ‫تصویری‬ ‫های‬ ‫داده‬ ‫بزرگی‬ ‫مسئله‬
‫تصاویر‬ ‫در‬ ‫دیگر‬ ‫متعدد‬ ‫عوامل‬ ‫و‬ ‫ها‬ ‫رنﮓ‬ ‫ترکیﺐ‬ ‫تناسﺐ‬ ‫عدم‬ ،‫نامناسﺐ‬ ‫نوری‬‫در‬ ‫مهم‬ ‫بسیار‬ ‫موضوعات‬ ‫از‬ ،‫دریافتی‬
‫باشد‬ ‫می‬ ‫انها‬ ‫پردازش‬ ‫و‬ ‫تصاویر‬ ‫با‬ ‫کار‬.
‫تکنیک‬ ‫اغلﺐ‬‫تکنیک‬ ‫بکاربستن‬‫و‬ ‫بعدی‬‫دو‬ ‫سیگنال‬ ‫یک‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ‫تصویر‬ ‫با‬ ‫برخورد‬‫شامل‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫های‬‫های‬
‫می‬ ‫آنها‬ ‫روی‬ ‫سیگنال‬ ‫پردازش‬ ‫استاندارد‬‫اشاره‬ ‫تصویر‬ ‫دیجیتالی‬ ‫پردازش‬ ‫به‬ ‫اغلﺐ‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ .‫شود‬‫می‬‫ولی‬ ‫کند‬
‫و‬ ‫نوری‬ ‫پردازش‬‫آنالوگ‬.‫دارند‬ ‫وجود‬ ‫هم‬ ‫تصویر‬

16. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
6
2-3-‫تصاویر‬ ‫پردازش‬ ‫در‬ ‫اصطالحاتی‬
2-3-1-‫پﻴکﺴل‬
‫جز‬ ‫کوچکترین‬PIXEL‫مخفف‬ ‫پیکسل‬ .‫است‬Picture Element‫متشکل‬ ‫تصویر‬ ‫یک‬ .‫است‬ ‫تصویر‬ ‫المان‬ ‫معنی‬ ‫به‬
‫می‬ ‫عکس‬ ‫دیجیتال‬ ‫دوربین‬ ‫یک‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫زمانی‬ ‫واقع‬ ‫در‬ .‫اند‬ ‫گرفته‬ ‫قرار‬ ‫هم‬ ‫کنار‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫پیکسل‬ ‫زیادی‬ ‫تعداد‬ ‫از‬
‫شما‬ ‫دوربین‬ ‫رزولوشن‬ ‫اگر‬ ‫گیرید‬480×640‫ابعاد‬ ‫با‬ ‫ماتریس‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫معنی‬ ‫این‬ ‫به‬ ‫باشد‬480×640‫اختیار‬ ‫در‬
‫که‬ ‫شماست‬640‫پیکسل‬‫و‬ ‫طول‬ ‫در‬480‫دوربین‬ ‫در‬ ‫نوری‬ ‫سلول‬ ‫یک‬ ‫پیکسل‬ ‫هر‬ ‫ازای‬ ‫به‬ .‫دارد‬ ‫عرض‬ ‫در‬ ‫پیکسل‬
‫رنﮓ‬ ‫ازای‬ ‫به‬ ‫مثال‬ ‫طور‬ ‫به‬ ،‫کند‬ ‫می‬ ‫تعیین‬ ‫پیکسل‬ ‫این‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫عددی‬ ‫مقدار‬ ‫نوری‬ ‫سلول‬ ‫این‬ ‫نور‬ ‫شدت‬ .‫دارد‬ ‫وجود‬
‫مقدار‬ ‫سفید‬ ‫رنﮓ‬ ‫ازای‬ ‫به‬‫و‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫ﺫخیره‬ ‫پیکسل‬ ‫در‬ ‫صفر‬ ‫مقدار‬ ‫سیاه‬255‫شو‬ ‫می‬ ‫ﺫخیره‬ ‫آن‬ ‫در‬.‫د‬
2-3-2-‫تصویر‬
‫دوبعدی‬ ‫تابع‬ ‫توسط‬ ‫میتوان‬ ‫را‬ ‫تصویر‬ ‫یک‬f(x,y)‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬X‫و‬Y‫مقدار‬ ‫و‬ ‫مکانی‬ ‫مختصات‬ ‫را‬f‫را‬ ‫نقطه‬ ‫هر‬ ‫در‬
‫مونوکروم‬ ‫تصاویر‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ‫به‬ ‫نیز‬ ‫خاکستری‬ ‫سطﺢ‬ ‫اصطالح‬ .‫نامند‬ ‫می‬ ‫نقطه‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫تصویر‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬
‫دوبعدی‬ ‫تصاویر‬ ‫تعدادی‬ ‫از‬ ‫نیز‬ ‫رنگی‬ ‫تصاویر‬ .‫شود‬ ‫می‬ ‫اطالق‬‫مقادیر‬ ‫که‬ ‫زمانی‬ .‫شود‬ ‫می‬ ‫تشکیل‬X‫و‬Y‫ومقدار‬
f(x,y)‫یک‬ ‫را‬ ‫شوند،تصویر‬ ‫بیان‬ ‫محدود‬ ‫و‬ ‫گسسته‬ ‫مقادیر‬ ‫با‬‫مقادیر‬ ‫کردن‬ ‫دیجیتال‬ .‫نامند‬ ‫می‬ ‫دیجیتالی‬ ‫تصویر‬X
‫و‬Y‫را‬sampling‫مقدار‬ ‫کردن‬ ‫دیجیتال‬ ‫و‬f(x,y)‫را‬quantization‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫نمایش‬ ‫برای‬ .‫گویند‬ ‫می‬M×N‫از‬
‫که‬ )‫(ماتریس‬ ‫دوبعدی‬ ‫آرایه‬ ‫یک‬M‫و‬ ‫سطر‬N‫دهنده‬ ‫نشان‬ ‫آرایه‬ ‫از‬ ‫عنصر‬ ‫هر‬ ‫مقدار‬ .‫کنیم‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫دارد‬ ‫ستون‬
‫مقدار‬ ‫یک‬ ‫آرایه‬ ‫عنصر‬ ‫هر‬ ، ‫کرد‬ ‫خواهیم‬ ‫سازی‬ ‫پیاده‬ ‫که‬ ‫توابعی‬ ‫تمام‬ ‫در‬ .‫است‬ ‫نقطه‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫تصویر‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬
8‫بین‬ ‫مقداری‬ ‫میتواند‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫بیتی‬0‫و‬255‫باشد‬ ‫داشته‬‫مقدار‬ .0‫مقدار‬ ‫و‬ )‫تیره(سیاه‬ ‫رنﮓ‬ ‫دهنده‬ ‫نشان‬255‫نشان‬
.‫است‬ )‫(سفید‬ ‫روشن‬ ‫رنﮓ‬ ‫دهنده‬
2-3-3-‫ﺧاﮐﺴﺘر‬‫ی‬(Grayscale)‫تصویر‬ ‫ﮐردن‬
‫در‬‫رایج‬‫ترین‬‫مدل‬‫رنﮓ‬‫گرافیک‬‫کامپیوتر‬‫ی‬،‫رن‬‫ـ‬‫ﮓ‬‫ه‬‫ـ‬‫ا‬‫از‬‫ترکیﺐ‬‫سه‬‫رنﮓ‬‫قرمز‬،‫سبز‬‫و‬‫آبی‬‫به‬‫وجود‬‫می‬‫آیند‬
‫که‬‫در‬‫مجموع‬16581375‫رنﮓ‬‫متفاوت‬‫را‬‫توسط‬‫این‬‫س‬‫ـ‬‫ه‬‫مولف‬‫ـ‬‫ه‬‫می‬‫توان‬‫تولید‬‫کرد‬.‫این‬‫مدل‬‫رنﮓ‬‫در‬‫گرافیک‬
‫کامپیوتر‬‫نام‬ ‫با‬ ‫ی‬RGB‫شناخته‬‫می‬‫شود‬.‫در‬‫کن‬‫ـ‬‫ار‬‫این‬‫م‬‫ـ‬‫دل‬‫همچون‬ ‫دیگری‬ ‫های‬ ‫،مدل‬HSV،HSI،CMYK،

17. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
7
Grayscale‫نیز‬‫وجود‬‫دارد‬‫ک‬‫ـ‬‫ه‬‫هری‬‫ـ‬‫ک‬‫از‬‫آن‬‫ه‬‫ـ‬‫ا‬‫ب‬‫ـ‬‫ه‬‫روش‬‫متفاوتی‬‫به‬‫نمایش‬‫رنﮓ‬‫ها‬‫می‬‫پردازند‬.‫در‬‫این‬‫بین‬
‫م‬‫ـ‬‫دل‬‫رنﮓ‬Grayscale‫از‬‫اهمی‬‫ـ‬‫ت‬‫وی‬‫ـ‬‫ﮋه‬‫ا‬‫ی‬‫برخ‬‫ـ‬‫وردار‬‫است‬.
‫تصویر‬ ‫یک‬RGB‫مقادیر‬ ‫آنها‬ ‫از‬ ‫هریک‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫ماتریس‬ ‫سه‬ ‫از‬ ‫متشکل‬Red، )‫(قرمز‬Green‫و‬ )‫(سبز‬Blue
‫های‬ ‫مولفه‬ ‫که‬ ‫داشت‬ ‫خواهد‬ ‫خاکستری‬ ‫مقدار‬ ‫زمانی‬ ‫پیکسل‬ ‫یک‬ .‫دارند‬ ‫می‬ ‫نگه‬ ‫را‬ ‫رنگی‬ ‫تصویر‬ )‫(آبی‬R‫و‬G‫و‬B
.‫باشند‬ ‫داشته‬ ‫یکسانی‬ ‫مقادیر‬ ‫آن‬
2-3-4-‫هﻤﺴایﮕی‬
2‫نوع‬‫همسایگی‬‫وجود‬:‫دارد‬
1.‫همسایگی‬8:‫صورت‬ ‫به‬ ‫تایی‬
(i-1 , j-1),(i , j-1),(i+1 , j-1),(i-1 , j),(i+1 , j),(i-1 ,j+1),(i ,j+1),(i+1, j+1)
2.‫همسایگی‬4: ‫صورت‬ ‫به‬ ‫تایی‬
(i-1 , j),(i+1 , j),(i ,j-1),(i ,j+1)
2-3-5-‫تصویر‬ ‫دقت‬
‫پیکسل‬ ‫شماره‬ ‫به‬ ‫بستگی‬ ‫تصویر‬ ‫دقت‬‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫با‬ .‫دارد‬ ‫ها‬2‫حداکثر‬ ،‫بیتی‬‫روشنایی‬ ‫دامنه‬2*2‫یعنی‬4‫می‬‫باشد‬
‫از‬ ‫آن‬ ‫دامنه‬ ‫که‬0‫تا‬3‫می‬ ‫تﻐییر‬‫تصویر‬ .‫ندارد‬ ‫را‬ )‫الزم‬ ‫پذیری‬ ‫(تفکیک‬ ‫دقت‬ ‫تصویر‬ ‫حالت‬ ‫این‬ ‫در‬ .‫کند‬8‫بیتی‬
‫دامنه‬ ‫حداکثر‬256‫بین‬ ‫آن‬‫تﻐییرات‬ ‫و‬ ‫دارد‬0‫تا‬255.‫دارد‬ ‫باالتری‬‫دقت‬ ‫که‬ .‫است‬
2-4-‫پردازش‬ ‫در‬ ‫اصلی‬ ‫عﻤلﻴات‬‫تصویر‬
1.‫هندسی‬ ‫تبدیالت‬‫و‬ ‫چرخش‬ ،‫اندازه‬‫تﻐییر‬ :...
2.‫رنﮓ‬:‫رنﮓ‬ ‫فضای‬‫تﻐییر‬ ‫یا‬ ‫و‬ ‫وضوح‬ ،‫روشنایی‬‫تﻐییر‬
3.‫و‬ ‫دو‬‫ترکیﺐ‬ : ‫تصاویر‬‫ترکیﺐ‬‫تصویر‬ ‫چند‬ ‫یا‬
4.‫تصویر‬ ‫حجم‬ ‫کاهش‬ : ‫تصویر‬ ‫سازی‬ ‫فشرده‬

18. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
8
5.‫تصویر‬ ‫بندی‬‫قطعه‬:‫تجزیه‬‫تصویر‬‫به‬‫قطعات‬‫با‬‫معنی‬
6.‫تفاوت‬ ‫آوردن‬ ‫دست‬ ‫به‬ :‫تصاویر‬ ‫تفاوت‬‫های‬‫تصویر‬
7.‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫از‬ ‫میانگین‬ ‫تصویر‬ ‫آوردن‬ ‫دست‬ ‫به‬: ‫گیری‬ ‫میانگین‬
2-5-‫ت‬ ‫سﻴﺴﺘم‬ ‫به‬ ‫ورود‬ ‫لحظه‬ ‫از‬ ‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫ﮐه‬ ‫مراحلی‬‫باید‬ ‫ﺧروجی‬ ‫تصویر‬ ‫تولﻴد‬ ‫ا‬
‫ﮐند‬ ‫طی‬
2-5-1-‫دریافت‬‫تصویر‬‫ورود‬‫ی‬
‫در‬‫این‬‫مرحله‬‫تصویر‬‫از‬‫ورود‬‫ی‬‫خوانده‬‫شده‬‫و‬‫وارد‬‫سیستم‬‫می‬‫گردد‬.‫تصویر‬‫ورود‬‫ی‬‫میتواند‬‫بر‬‫رو‬‫ی‬‫ابزار‬‫ﺫخیر‬‫ه‬
‫ساز‬‫بوده‬‫و‬‫یا‬‫از‬‫یک‬‫دوربین‬‫گرفته‬‫شود‬.‫به‬‫عنوان‬‫مثال‬‫در‬‫سیستم‬‫تشخیص‬‫اثر‬‫انگشت‬‫تصویر‬‫ور‬‫و‬‫د‬‫ی‬‫از‬‫طریق‬
‫اسکنر‬‫اثر‬‫انگشت‬‫وارد‬‫سیستم‬‫می‬.‫شود‬
2-5-2-‫پﻴﺶ‬‫پردازش‬‫تصویر‬
‫اهداﻑ‬‫کلی‬‫در‬‫این‬‫مرحله‬‫را‬‫می‬‫توان‬‫ارتقا‬‫تصویر‬‫وحذﻑ‬‫مولفه‬‫ها‬‫ی‬‫غیر‬‫ضرور‬‫ی‬‫از‬‫تصویر‬‫دانست‬.‫به‬‫عنوان‬
‫مثال‬‫خشکی‬‫پوست‬،‫جراحت‬‫یا‬ ‫و‬‫عدم‬‫تمیز‬‫ی‬‫پوست‬‫از‬‫موارد‬‫ی‬‫هستند‬‫که‬‫قبل‬‫از‬‫پردازش‬‫تصویر‬‫انگشت‬‫باید‬‫با‬
‫استفاده‬‫از‬‫تکنیک‬‫ها‬‫ی‬‫پردازش‬‫تصویر‬‫به‬‫رفع‬‫آن‬‫ها‬.‫پرداخت‬
2-5-3-‫پردازش‬‫تصویر‬
‫هدﻑ‬‫کلی‬‫در‬‫این‬‫مرحله‬‫شناسایی‬‫و‬‫ویﮋگی‬‫هایی‬‫از‬‫تصویر‬‫است‬‫که‬‫بتوان‬‫از‬‫آن‬‫ها‬‫برا‬‫ی‬‫کاربر‬‫مورد‬‫نظر‬‫خود‬
‫استفاده‬‫کرد‬.‫شناسایی‬‫نقاط‬‫ویﮋه‬‫و‬‫انحناها‬‫از‬‫جمله‬‫ویﮋگی‬‫هایی‬‫هستند‬‫که‬‫در‬‫سیستم‬‫تشخیص‬‫اثر‬‫انگشت‬‫می‬
‫توانند‬‫استخراﺝ‬‫گردند‬.
2-5-4-‫ﺁﻧالﻴﺰ‬‫تصویر‬
‫در‬‫این‬‫مرحله‬‫با‬‫استفاده‬‫از‬‫ویﮋگی‬‫ها‬‫ی‬‫استخراﺝ‬‫شده‬‫به‬‫آنالیز‬‫تصویر‬‫می‬‫پردازیم‬.‫به‬‫عنوان‬‫مثال‬‫پس‬‫از‬‫شناسایی‬
‫نقاط‬‫ویﮋه‬‫و‬‫انحناها‬‫در‬‫سیستم‬‫تشخیص‬‫اثر‬‫انگشت‬‫با‬‫آنالیز‬‫کردن‬‫تصویر‬‫سعی‬‫می‬‫کنیم‬‫شخص‬‫متناظر‬‫با‬‫اثر‬

19. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
9
‫انگشت‬‫را‬‫پیدا‬‫کنیم‬.‫آنالیز‬‫تصویر‬‫معموال‬‫از‬‫تکنیک‬‫ها‬‫ی‬‫هوش‬‫مصنوعی‬‫همانند‬‫شبکه‬‫ها‬‫ی‬‫عصبی‬،‫درخت‬‫ها‬‫ی‬
‫تصمیم‬،‫کالﺱ‬‫بند‬‫ی‬‫و‬....‫استفاده‬.‫کند‬ ‫می‬
2-6-‫هﻴﺴﺘوگرام‬
‫مشخص‬ ‫ورودی‬ ‫تصویر‬ ‫در‬ ‫روشنایی‬ ‫سطﺢ‬ ‫هر‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫تعداد‬ ‫آن‬ ‫توسط‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫نموداری‬ ‫تصویر‬ ‫هیستوگرام‬
‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫ورودی‬ ‫تصویر‬ ‫کنید‬ ‫فرض‬ .‫شود‬ ‫می‬Grayscale‫با‬256‫از‬ ‫هریک‬ ‫بنابراین‬ ، ‫باشد‬ ‫روشنایی‬ ‫سطﺢ‬
[ ‫بازه‬ ‫در‬ ‫مقداری‬ ‫تصویر‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬255...0.‫باشند‬ ‫داشته‬ ‫توانند‬ ‫می‬ ]
‫دس‬ ‫به‬ ‫برای‬‫هر‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫تعداد‬ ، ‫تصویر‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫کل‬ ‫پیمایش‬ ‫با‬ ‫است‬ ‫،کافی‬ ‫تصویر‬ ‫هیستوگرام‬ ‫آوردن‬ ‫ت‬
‫پیکسل‬ ‫کل‬ ‫تعداد‬ ‫به‬ ‫هیستوگرام‬ ‫مقادیر‬ ‫کردن‬ ‫تقسیم‬ ‫از‬ ‫نیز‬ ‫نرمال‬ ‫هیستوگرام‬ . ‫کنیم‬ ‫می‬ ‫محاسبه‬ ‫را‬ ‫روشنایی‬ ‫سطﺢ‬
‫هیس‬ ‫مقادیر‬ ‫که‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫موجﺐ‬ ‫هیستوگرام‬ ‫سازی‬ ‫نرمال‬ .‫آید‬ ‫می‬ ‫دست‬ ‫به‬ ‫تصویر‬ ‫های‬[ ‫بازه‬ ‫در‬ ‫توگرام‬0،1‫قرار‬ ]
.‫گیرند‬
‫صورت‬ ‫بـدین‬ .‫است‬ ‫دیجیتالی‬ ‫های‬ ‫دوربین‬ ‫خودکـار‬ ‫فوکوﺱ‬ ‫در‬ ‫هیستوگرام‬ ‫کاربـردهـای‬ ‫از‬ ‫یکی‬‫دوربین‬ ‫لنز‬ ‫که‬
‫تصویر‬ ‫کنتراست‬ ‫سپس‬ .‫گیرد‬ ‫می‬ ‫صحنه‬ ‫از‬ ‫تصویری‬ ‫خود‬ ‫حرکت‬ ‫از‬ ‫گام‬ ‫هر‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫کرده‬ ‫حرکت‬ ‫انتها‬ ‫تا‬ ‫ابتدا‬ ‫از‬
‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫شده‬ ‫گرفته‬‫محلی‬ ،‫رسید‬ ‫خود‬ ‫حرکتی‬ ‫انتهای‬ ‫به‬ ‫لنز‬ ‫که‬ ‫آن‬ ‫از‬ ‫پس‬ .‫کند‬ ‫می‬ ‫محاسبه‬ ‫آن‬ ‫هیستوگرام‬
.‫گردد‬ ‫می‬ ‫تعیین‬ ‫لنز‬ ‫محل‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ ،‫است‬ ‫بوده‬ ‫خود‬ ‫کنتراست‬ ‫بیشترین‬ ‫دارای‬ ‫تصویر‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫لنز‬ ‫حرکت‬ ‫از‬‫یکی‬
‫زمانی‬ .‫است‬ ‫پایین‬ ‫کنتراست‬ ‫با‬ ‫تصاویر‬ ‫کنتراست‬ ‫افزایش‬ ‫در‬ ‫هیستورگرام‬ ‫کاربردهای‬ ‫از‬ ‫دیگر‬‫گوییم‬ ‫می‬ ‫که‬
‫کم‬ ‫تصویر‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ‫بیشتری‬ ‫و‬ ‫کمترین‬ ‫بین‬ ‫اختالﻑ‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫معنا‬ ‫بدان‬ ‫این‬ ‫است‬ ‫کم‬ ‫تصویری‬ ‫کنتراست‬
.‫یابد‬ ‫افزایش‬ ‫ممکن‬ ‫حد‬ ‫تا‬ ‫ورودی‬ ‫تصویر‬ ‫کنتراست‬ ‫که‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫موجﺐ‬ ‫هیستوگرام‬ ‫سازی‬ ‫تعدیل‬ ‫هم‬ .‫است‬
.‫شود‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫نیز‬‫گیری‬ ‫آستانه‬ ‫برای‬ ‫هیستوگرام‬ ‫از‬

20. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
10
‫شکل‬2-1-‫قبل‬‫هﻴﺴﺘوگرام‬ ‫تعدیل‬ ‫از‬
‫شکل‬2-2-‫هﻴﺴﺘوگرام‬ ‫تعدیل‬ ‫از‬ ‫بعد‬
2-7-( ‫گﻴری‬ ‫ﺁسﺘاﻧه‬Threshold)
‫عکس‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫خواهیم‬ ‫می‬ ‫کنید‬ ‫فرض‬16‫پیکسل‬ ‫تک‬ ‫تک‬ ‫باید‬‫کار‬ ‫این‬ ‫برای‬ ‫بسازیم‬ ‫وسفید‬ ‫سیاه‬ ‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫بیتی‬
‫کوچکتر‬ ‫اگر‬ ‫و‬ ‫سفید‬ ‫رنﮓ‬ ‫آن‬ ‫جای‬ ‫به‬ ‫بود‬ ‫مشخص‬ ‫مقدار‬ ‫آن‬ ‫از‬ ‫بزرگتر‬ ‫اگر‬ ،‫کنیم‬ ‫مقایسه‬ ‫مشخصی‬ ‫مقدار‬ ‫با‬ ‫را‬ ‫ها‬
‫یا‬ ‫گیری‬ ‫آستانه‬ ‫کار‬ ‫این‬ ‫به‬‫دهیم‬ ‫می‬ ‫قرار‬ ‫سیاه‬ ‫مقدار‬ ‫آن‬ ‫جای‬ ‫به‬ ‫بود‬Threshold.‫گویند‬ ‫می‬
2-8-‫در‬ ‫لبه‬ ‫تشخﻴص‬‫تصویر‬ ‫یک‬
‫در‬ ‫نور‬ ‫شدت‬ ‫اختالﻑ‬ ‫تصویر‬ ‫در‬ ‫لبه‬ ‫یک‬ ‫ایجاد‬ ‫دلیل‬2.‫گوییم‬ ‫می‬ ‫لبه‬ ‫آن‬ ‫به‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫محل‬ ‫آن‬ ‫طرﻑ‬.‫در‬‫واقع‬‫لبه‬
‫ب‬‫ـ‬‫ه‬‫قس‬‫ـ‬‫متی‬‫از‬‫تصویر‬‫گفته‬‫می‬‫شود‬‫که‬‫در‬‫آن‬‫اخ‬‫ـ‬‫تالﻑ‬‫ش‬‫ـ‬‫دت‬‫روش‬‫ـ‬‫نایی‬‫ی‬‫ـ‬‫ک‬‫پیکسل‬‫با‬‫پیکسل‬‫مجاور‬‫خودش‬‫از‬
‫مق‬‫ـ‬‫دار‬‫مشخص‬‫ـ‬‫ی‬‫بیش‬‫ـ‬‫تر‬‫باشد‬.‫لبه‬‫ها‬‫قسمتی‬‫از‬‫تصویر‬‫هستند‬‫که‬‫استخوان‬‫بند‬‫ی‬‫را‬ ‫تصویر‬‫مشخص‬‫می‬.‫کنند‬
‫لبه‬‫باشند‬ ‫دیدگاه‬ ‫به‬ ‫وابسته‬ ‫است‬ ‫ممکن‬ ‫ها‬-‫می‬ ‫یعنی‬،‫صحنه‬ ‫هندسه‬ ً‫ا‬‫نوع‬ ‫و‬ ،‫کنند‬ ‫تﻐییر‬ ‫دید‬ ‫نقطه‬ ‫تﻐییر‬ ‫با‬ ‫توانند‬
‫گرفته‬ ‫را‬ ‫همدیگر‬ ‫جلوی‬ ‫که‬ ‫اجسامی‬‫می‬ ‫نشان‬ ‫را‬ ‫آن‬ ‫مانند‬ ‫و‬ ‫اند‬‫باشند‬ ‫دیدگاه‬ ‫به‬ ‫نابسته‬ ‫است‬ ‫ممکن‬ ‫یا‬ ‫دهند‬-‫که‬

21. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
11
‫ویﮋگی‬ ‫نمایانگر‬ ً‫ال‬‫معمو‬‫دیده‬ ‫اجسام‬ ‫های‬‫همچون‬ ‫شده‬‫نشان‬‫گذاری‬‫مفهوم‬ ‫باالتر‬ ‫و‬ ‫بعد‬ ‫دو‬ ‫در‬ .‫باشند‬ ‫سطﺢ‬ ‫شکل‬ ‫و‬ ‫ها‬
‫تصویر‬.‫شود‬ ‫گرفته‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫باید‬
‫سیاه‬ ‫بخش‬ ‫یک‬ ‫و‬ ‫قرمزرنﮓ‬ ‫بخش‬ ‫یک‬ ‫میان‬ ‫مرز‬ )‫نمونه‬ ‫است(برای‬ ‫ممکن‬ ‫نوعی‬ ‫لبه‬ ‫یک‬‫حال‬ ‫باشد؛‬ ‫رنﮓ‬‫آنکه‬
‫خط‬ ‫یک‬‫می‬‫تواند‬‫پیکسل‬ ‫کمی‬ ‫تعداد‬‫لبه‬ ‫یک‬ ‫خط‬ ‫سوی‬ ‫هر‬ ‫در‬ .‫باشد‬ ‫یکنواخت‬ ‫زمینه‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫ناهمرنﮓ‬ ‫های‬
‫لبه‬ .‫داشت‬ ‫خواهد‬ ‫وجود‬.‫دارند‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫کاربردهای‬ ‫در‬ ‫مهمی‬ ‫نقش‬ ‫ها‬
2-8-1-‫اﻧواﻉ‬‫لبه‬:‫ها‬
2-8-1-1-:‫افقی‬ ‫لبه‬
‫برا‬‫ی‬‫لبه‬‫ها‬‫ی‬‫افقی‬‫از‬‫ستون‬‫اول‬‫به‬‫صورت‬‫عم‬‫ـ‬‫ود‬‫ی‬‫ش‬‫ـ‬‫روع‬‫ب‬‫ـه‬‫حرکت‬‫می‬‫کنیم‬‫و‬‫هر‬‫پیکس‬‫ـ‬‫ل‬‫را‬‫ب‬‫ـ‬‫ا‬‫پیکس‬‫ـ‬‫ل‬‫قب‬‫ـ‬‫ل‬
‫از‬‫خ‬‫ـ‬‫ودش‬‫مقایسه‬‫می‬‫کنیم‬‫اگر‬‫تفاوت‬‫آنها‬‫از‬‫عدد‬‫مشخصی‬‫بیش‬‫ـ‬‫تر‬‫باش‬‫ـ‬‫آنجا‬ ‫د‬‫لبه‬‫است‬.‫در‬‫غیر‬‫این‬‫صورت‬‫به‬‫آن‬
‫کار‬‫ی‬.‫نداریم‬
2-8-1-2-‫عمودی‬ ‫لبه‬
‫یافتن‬‫لبه‬‫ها‬‫ی‬‫عمود‬‫ی‬‫هم‬‫به‬‫ص‬‫ـ‬‫ورت‬‫شود‬ ‫می‬ ‫انجام‬ ‫افقی‬ ‫های‬ ‫لبه‬‫به‬ ‫که‬ ‫تفاوت‬ ‫این‬ ‫با‬‫صورت‬‫افقی‬‫شروع‬‫به‬
‫حرکت‬‫می‬.‫کنیم‬
2-8-1-3-‫مورب‬ ‫لبه‬
‫از‬ ‫ترکیبی‬ ‫مورب‬ ‫های‬ ‫لبه‬ ‫گفت‬ ‫توان‬ ‫می‬2‫و‬ ‫افقی‬ ‫لبه‬‫جذر‬ ‫که‬ ‫صورت‬‫این‬ ‫به‬. ‫هستند‬ ‫عمودی‬‫هر‬ ‫مختصات‬ ‫جمع‬
.‫نیست‬‫لبه‬ ‫صورت‬‫این‬ ‫غیر‬ ‫در‬ ‫باشد‬‫بیشتر‬ ‫مشخص‬ ‫عددی‬ ‫از‬ ‫باید‬ ‫پیکسل‬
2-9-‫تصاویر‬ ‫روی‬ ‫عﻤلﻴات‬
2-9-1-‫تفریﻖ‬‫دو‬‫تصویر‬
. ‫کنیم‬ ‫کم‬ ‫هم‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫متناظر‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫مفهوم‬ ‫بدین‬ ‫اندازه‬ ‫هم‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫تفریق‬
‫می‬ ‫منظور‬ ‫این‬ ‫برای‬ .‫هستند‬ ‫آلزایمر‬ ‫بیماری‬ ‫دچار‬ ‫که‬ ‫کنیم‬ ‫بررسی‬ ‫را‬ ‫افرادی‬ ‫مﻐز‬ ‫تﻐییرات‬ ‫خواهیم‬ ‫می‬ ‫کنید‬ ‫فرض‬

22. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
12
‫تصویر‬ ‫با‬ ‫مختلف‬ ‫مراحل‬ ‫در‬ ‫را‬ ‫سالم‬ ‫مﻐز‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫تصویری‬ ‫توانیم‬‫مقایسه‬ ، ‫است‬ ‫آلزایمر‬ ‫بیماری‬‫دچار‬ ‫که‬ ‫فردی‬ ‫مﻐز‬
‫است‬ ‫شده‬ ‫تﻐییر‬ ‫دچار‬ ‫مﻐر‬ ‫نقاط‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫مﻐز‬ ‫از‬ ‫نقاطی‬ ‫مذکور‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫فوق‬ ‫عملگر‬ ‫اعمال‬ ‫با‬ . ‫کنیم‬
. ‫شوند‬ ‫می‬ ‫مشخص‬
‫هنگام‬ ‫توانیم‬ ‫می‬ ‫همچنینی‬ . ‫کنیم‬ ‫می‬ ‫تبدیل‬ ‫صفر‬ ‫مقدار‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫منفی‬ ‫مقادیر‬ ، ‫ها‬ ‫پیکس‬ ‫مقادیر‬ ‫تفریق‬ ‫هنگام‬‫تفر‬‫ی‬‫از‬ ‫ق‬
‫کنیم‬ ‫استفاده‬ ‫نیز‬ ‫تفریق‬ ‫قدرمطلق‬.‫در‬ ‫حرکت‬ ‫شناسایی‬ ‫به‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫تفریق‬ ‫از‬ ‫کاربردی‬ ‫مثال‬ ‫یک‬ ‫عنوان‬ ‫به‬
‫گرفته‬ ‫متوالی‬ ‫فریم‬ ‫دو‬ ‫بین‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫داده‬ ‫رخ‬ ‫حرکت‬ ‫گوییم‬ ‫می‬ ‫زمانی‬ .‫کرد‬ ‫اشاره‬ ‫بسته‬ ‫مدار‬ ‫دوربین‬ ‫های‬ ‫سیستم‬
‫هما‬ ‫و‬ .‫باشد‬ ‫داشته‬ ‫وجود‬ ‫اختالﻑ‬ ‫دوربین‬ ‫از‬ ‫شده‬‫ابتدا‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫نطور‬‫شد‬ ‫ﺫکر‬‫از‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫بین‬ ‫اختالﻑ‬ ‫محاسبه‬ ‫برای‬ ،
‫اختالﻑ‬ ‫توانیم‬ ‫می‬ ‫دوربین‬ ‫از‬ ‫شده‬ ‫گرفته‬ ‫قبلی‬ ‫فریم‬ ‫و‬ ‫فعلی‬ ‫فریم‬ ‫تفریق‬ ‫با‬ ‫بنابراین‬ .‫کنیم‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫تفریق‬ ‫عملگر‬
‫زمینه‬ ‫پشت‬ ‫حذﻑ‬ ‫به‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫تفریق‬ ‫کاربردهای‬ ‫دیگر‬ ‫از‬ .‫کنیم‬ ‫پیدا‬ ‫را‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫در‬ ‫موجود‬‫از‬ ‫ثابت‬
.‫کرد‬ ‫اشاره‬ ‫تصویر‬
2-9-2-‫جﻤﻊ‬‫دو‬‫تصویر‬
‫جمع‬ ‫باهم‬ ‫را‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫متناظر‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ، ‫دوتصویر‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫مفهموم‬ ‫بدین‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫جمع‬
‫دو‬ ‫به‬‫نیاز‬‫منظور‬ ‫این‬ ‫برای‬.‫است‬ ‫تصویر‬ ‫به‬ ‫زمینه‬ ‫پشت‬ ‫افزودن‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫جمع‬ ‫کاربردهای‬ ‫ترین‬ ‫رایج‬ ‫از‬ ‫یکی‬ . ‫کنیم‬
‫زم‬ ‫پشت‬ ‫تصویر‬‫جمع‬ ‫از‬ .‫شود‬ ‫گرفته‬ ‫ثابت‬ ‫رنﮓ‬ ‫با‬ ‫ای‬ ‫پرده‬ ‫مقابل‬ ‫در‬ ‫باید‬ ‫شی‬ ‫تصویر‬ ‫که‬ ‫داریم‬ ‫شی‬ ‫تصویر‬ ‫و‬ ‫ینه‬
.‫آید‬ ‫می‬ ‫دست‬ ‫به‬‫دلخواه‬ ‫زمینه‬ ‫پشت‬ ‫با‬ ‫تصویری‬ ‫مذکور‬ ‫تصویر‬ ‫دو‬ ‫کردن‬
‫اول‬ ‫تصویر‬‫دوم‬‫تصویر‬
‫جﻤﻊ‬ ‫حاصل‬
‫شکل‬2-3-‫تصاویر‬ ‫جﻤﻊ‬

23. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
13
2-9-3-‫مﻴاﻧﮕﻴﻦگﻴر‬‫ی‬‫از‬‫تصویر‬
‫خواهیم‬ ‫می‬ ‫و‬ ‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫مختلفی‬ ‫نویزهای‬ ‫ها‬ ‫آن‬ ‫از‬ ‫هرکدام‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫و‬ ‫داریم‬ ‫یکسان‬ ‫تصویر‬ ‫چند‬ ‫که‬ ‫هنگامی‬
،‫کنیم‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫گیری‬ ‫میانگین‬ ‫از‬ ‫دهیم‬ ‫ارتقا‬ ‫را‬ ‫تصاویر‬ ‫این‬ ‫کیفیت‬‫متناظر‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫مقادیر‬ ‫که‬ ‫صورت‬ ‫بدین‬
‫تقسیم‬ ‫تصاویر‬ ‫کل‬ ‫تعداد‬ ‫به‬ ‫سپس‬ ‫و‬ ‫کرده‬ ‫جمع‬ ‫باهم‬ ‫را‬ ‫تصاویر‬ ‫همه‬ ‫در‬‫می‬‫تعداد‬ ‫هرقدر‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫بدیهی‬ .‫کنیم‬
‫خواهد‬ ‫نزدیک‬ ‫واقعیت‬ ‫به‬ ‫بیشتر‬ ‫نیز‬ ‫آنها‬ ‫گیری‬ ‫میانگین‬ ‫از‬ ‫حاصل‬ ‫تصویر‬ ، ‫باشد‬ ‫بیشتر‬ ‫گیری‬ ‫میانگین‬ ‫برای‬ ‫تصاویر‬
.‫بود‬
‫نویز‬ ‫تصویر‬‫نویزدار‬ ‫تصویر‬ ‫دار‬‫نویزدار‬ ‫تصویر‬‫نویزدار‬ ‫تصویر‬‫تصویر‬‫بدون‬‫نویز‬
‫نویزدار‬ ‫تصاویر‬ ‫میانگین‬
‫شکل‬2-4-‫میانگی‬‫گی‬ ‫ن‬‫تصویر‬‫ری‬
2-9-4-‫ﮐردن‬ ‫مکﻤل‬‫تصویر‬
‫قرار‬ ‫بزرگ‬ ‫سیاه‬ ‫محدوده‬ ‫با‬ ‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫تصویر‬ ‫اصلی‬ ‫اجزای‬ ‫که‬ ‫مواردی‬ ‫در‬‫تصویر‬ ‫مکمل‬ ‫از‬ ،‫باشد‬ ‫گرفته‬
.‫کنیم‬ ‫می‬ ‫استفاده‬
‫فقط‬ ‫که‬ ‫سفید‬ ‫و‬ ‫سیاه‬ ‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫در‬‫دارای‬‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ‫سطﺢ‬ ‫دو‬0‫و‬1‫باشد‬‫می‬‫تصویر‬ ‫کردن‬ ‫مکمل‬ ‫از‬ ‫منظور‬ ،
،1‫مقدار‬ ‫با‬ ‫پیکسلهای‬ ‫کردن‬0‫و‬0‫مقدار‬ ‫با‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫کردن‬1‫از‬ ‫که‬ ‫تصویری‬ ‫در‬ .‫است‬L‫روشنایی‬ ‫سطﺢ‬

24. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
14
(0...‫و‬1-L‫نمایش‬ ‫برای‬ )‫دست‬ ‫به‬ ‫زیر‬ ‫فرمول‬ ‫از‬ ‫پیکسل‬ ‫یک‬ ‫مکمل‬ ، ‫کند‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫ها‬ ‫پیکسل‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬
‫می‬: ‫آید‬
Pixel[ I , j ] = L -1 – Pixel[ I , j ]
2-9-5-‫فﻴلﺘر‬‫ﮐردن‬‫تصویر‬
:‫شوند‬ ‫می‬ ‫تقسیم‬ ‫دسته‬ ‫دو‬ ‫به‬‫تصاویر‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬
2-9-5-1-‫تیز‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬
‫تصویر‬ ‫از‬ ‫هایی‬ ‫پیکسل‬‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ‫اختالﻑ‬ ‫که‬ ‫را‬( ‫آنها‬،‫باشند‬ ‫زیاد‬ ‫خود‬ ‫همسایه‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫با‬ )‫پیکسل‬ ‫مقدار‬
‫نشان‬ ‫یا‬ ‫هستند‬ ‫تصویر‬ ‫در‬ ‫موجود‬ ‫اشیای‬ ‫های‬ ‫لبه‬ ‫دهنده‬ ‫نشان‬ ‫یا‬ ‫معموال‬ ‫تیز‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ .‫نامیم‬ ‫می‬ ‫تیز‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬
‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫تصویر‬ ‫جزئیات‬ ‫که‬ ‫گفت‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫کلی‬ ‫حالت‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫هستند‬ ‫تصویر‬ ‫یک‬ ‫نویزهای‬ ‫دهنده‬
‫تیز‬،‫شوند‬ ‫می‬ ‫گرفته‬ ‫کم‬ ‫وب‬ ‫یک‬ ‫یا‬ ‫موبایل‬ ‫توسط‬ ‫شﺐ‬ ‫هنگام‬ ‫که‬ ‫تصاویری‬ ،‫مثال‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ .‫شوند‬ ‫می‬ ‫استخراﺝ‬
‫فلفل‬ ‫معروﻑ‬ ‫نویز‬ ‫دارای‬-‫هستند‬ ‫نمکی‬.
2-9-5-2-‫آرام‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬
‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ‫اختالﻑ‬ ‫که‬ ‫تصویر‬ ‫از‬ ‫هایی‬ ‫پیکسل‬ .‫دارند‬ ‫قرار‬ ‫تصویر‬ ‫آرام‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ،‫تیز‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫مقابل‬ ‫در‬
‫با‬ ‫آنها‬.‫نامیم‬ ‫می‬ ‫تصویر‬ ‫آرام‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ،‫است‬ ‫کم‬ ‫خود‬ ‫همجوار‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬
.‫پردازیم‬ ‫می‬ ‫تصاویر‬ ‫کردن‬‫فیلتر‬ ‫شرح‬ ‫به‬ ‫شده‬ ‫گفته‬ ‫مطالﺐ‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬
‫به‬‫فیلترها‬ ‫مکانی‬ ‫حوزه‬ ‫در‬2:‫شوند‬ ‫می‬ ‫تقسیم‬ ‫دسته‬
2-9-5-3-‫کننده‬ ‫آرام‬ ‫فیلترهای‬
‫ه‬ ‫پیکسل‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ‫در‬ ‫تﻐییر‬ ‫اعمال‬ ‫با‬ ‫کننده‬ ‫آرام‬ ‫فیلترهای‬‫تولید‬ ‫موجﺐ‬ ‫تصویر‬ ‫تیز‬ ‫ای‬‫می‬ ‫تری‬ ‫آرام‬ ‫تصاویر‬
‫آرام‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫چندانی‬ ‫تاثیر‬ ‫فیلترها‬ ‫این‬ ‫همچنین‬ .‫شود‬‫بدین‬ ‫تصویر‬ ‫شدن‬ ‫آرام‬ .‫گذارند‬ ‫نمی‬ ‫تصویر‬
‫می‬ ‫بین‬ ‫از‬ ‫تصویر‬ ‫جزئیات‬ ‫از‬ ‫بخشی‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫معنی‬‫یک‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫کننده‬ ‫آرام‬ ‫فیلتر‬ ‫یک‬ ‫اعمال‬ ‫مثال‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ .‫رود‬
‫موجﺐ‬ ‫نویزدار‬ ‫تصویر‬‫کاهش‬‫می‬ ‫را‬ ‫کننده‬ ‫آرام‬ ‫های‬ ‫فیلتر‬ ‫از‬ ‫ساده‬ ‫کاربردی‬ ‫مثال‬ ‫یک‬ .‫شد‬ ‫خواهد‬ ‫نویزها‬ ‫شدت‬
‫حذﻑ‬ ‫توان‬‫کرد‬ ‫بیان‬ ‫صورت‬‫تصاویر‬ ‫از‬ ‫ها‬‫چروک‬ ‫و‬ ‫چین‬.
‫میانگین‬ ‫فیلتر‬ ‫یک‬ .‫هستند‬ ‫میانگین‬ ‫فیلترهای‬ ‫تصویر‬ ‫کننده‬ ‫آرام‬ ‫فیلترهای‬ ‫ترین‬ ‫ساده‬m*n،‫مقدار‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫ماسکی‬
‫عدد‬ ‫با‬ ‫برابر‬ ‫آن‬ ‫عناصر‬ ‫از‬ ‫هریک‬1(m.n)/‫دیگر‬ ‫عبارت‬ ‫به‬ .‫است‬‫است‬ ‫برابر‬ ‫خروجی‬ ‫تصویر‬ ‫در‬ ‫پیکسل‬ ‫هر‬ ‫مقدار‬
‫جاری‬ ‫پیکسل‬ ‫روشنایی‬ ‫شدت‬ ‫مقدار‬ ‫میانگین‬ ‫با‬‫جاری‬ ‫پیکسل‬ ‫همسایه‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫و‬.

25. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
15
‫شده‬‫ﺁرام‬‫تصویر‬‫اصلی‬ ‫تصویر‬
‫شکل‬2-5-‫ﮐننده‬‫ﺁرام‬ ‫فﻴلﺘر‬ ‫تاثﻴر‬
2-9-5-4-‫تیزکننده‬ ‫فیلترهای‬
‫است‬ ‫موجﺐ‬ ‫تصویر‬ ‫آرام‬ ‫های‬ ‫پیکسل‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫تﻐییر‬ ‫اعمال‬ ‫با‬ ‫کننده‬ ‫تیز‬ ‫فیلترهای‬ ،‫کننده‬ ‫آرام‬ ‫فیلترهای‬ ‫برخالﻑ‬‫خ‬‫راﺝ‬
‫تصویر‬ ‫که‬ ‫بینیم‬ ‫می‬ ‫موارد‬ ‫برخی‬ ‫در‬ .‫شوند‬ ‫می‬ ‫تصویر‬ ‫از‬ ‫بیشتری‬ ‫جزئیات‬‫جزئیات‬ ( ‫است‬ ‫مانند‬ ‫بلور‬ ‫حالتی‬ ‫داری‬
‫کنیم‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫تصویر‬ ‫کننده‬‫تیز‬ ‫فیلترهای‬ ‫از‬ ،‫بلوری‬ ‫خاصیت‬ ‫حذﻑ‬ ‫برای‬ ‫مواردی‬‫چنین‬ ‫در‬ . )‫نیستند‬ ‫نمایان‬.
‫شده‬‫تﻴﺰ‬‫تصویر‬‫اصلی‬ ‫تصویر‬
‫شکل‬2-6-‫ﮐننده‬ ‫تﻴﺰ‬‫فﻴلﺘرهای‬ ‫تاثﻴر‬
2-10-‫تصاویر‬ ‫سازی‬ ‫فشرده‬
‫ﺫخیره‬ ‫برای‬‫حجم‬ ‫باید‬ ‫تصاویر‬ ‫سازی‬‫اطالعات‬‫روش‬ ‫تمام‬ ‫اساﺱ‬ ‫و‬ ‫داد‬ ‫کاهش‬ ‫است‬ ‫ممکن‬ ‫که‬ ‫جایی‬ ‫تا‬ ‫را‬‫های‬
‫فشرده‬‫بخش‬ ‫گذاردن‬ ‫کنار‬ ‫سازی‬‫داده‬ ‫و‬ ‫اطالعات‬ ‫از‬ ‫هایی‬‫فشرده‬ ‫نسبت‬ ‫یا‬ ‫است.ضریﺐ‬ ‫ها‬‫صد‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫میزان‬ ‫سازی‬
‫می‬ ‫مشخص‬ ‫را‬ ‫اطالعات‬ ‫گذاشتن‬ ‫کنار‬‫ﺫخیره‬ ‫روش‬ ‫این‬ .‫کند‬‫آسان‬ ‫را‬ ‫اطالعات‬ ‫انتقال‬ ‫و‬ ‫سازی‬‫می‬ ‫تر‬‫و‬ ‫کند‬
‫پهنای‬‫باند‬‫و‬‫فرکانس‬‫می‬ ‫کاهش‬ ‫نیاز‬ ‫مورد‬.‫یابد‬

26. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
16
‫روش‬ ‫امروزه‬‫فشرده‬ ‫برای‬ ‫پیشرفته‬ ‫و‬ ‫متعدد‬ ‫هایی‬‫فشرده‬ .‫دارد‬ ‫وجود‬ ‫سازی‬‫تبعیت‬ ‫مهم‬ ‫اصل‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫تصویر‬ ‫سازی‬
‫می‬‫نمی‬ ‫را‬ ‫آنها‬ ‫تمایز‬ ‫و‬ ‫دیده‬ ‫یکسان‬ ‫را‬ ‫هم‬ ‫به‬ ‫نزدیک‬ ‫تصویری‬ ‫عنصر‬ ‫دو‬ ‫فاصل‬ ‫حد‬ ‫انسان‬ ‫چشم‬ ‫که‬ ‫کند‬‫تواند‬
‫اث‬ ‫همچنین‬ .‫دهد‬ ‫تشخیص‬‫نمی‬ ‫بین‬ ‫از‬ ‫و‬ ‫مانده‬ ‫باقی‬ ‫چشم‬ ‫در‬ ‫معینی‬ ‫زمان‬ ‫مدت‬ ‫برای‬ ‫تصویر‬ ‫و‬ ‫نور‬ ‫ر‬‫این‬ ‫که‬ ‫رود‬
‫ساخت‬ ‫در‬ ‫ویﮋگی‬‫متحرک‬ ‫تصاویر‬‫بوده‬‫توجه‬ ‫مورد‬.‫است‬
:‫از‬ ‫عبارتند‬‫ها‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫جمله‬ ‫،از‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫انجام‬ ‫مختلفی‬ ‫روشهای‬ ‫به‬‫تصاویر‬ ‫سازی‬ ‫فشرده‬
2-10-1-‫روش‬JPEG
‫کلمات‬ ‫مخفف‬ ‫واقع‬ ‫در‬ ‫فرمت‬ ‫این‬ ‫نام‬JOINT PHOTOGRAPHIC EXPERT GROUP‫روش‬ ‫این‬ ‫از‬ .‫است‬
‫فشرده‬ ‫در‬‫می‬ ‫استفاده‬ ‫ساکن‬ ‫گرافیکی‬ ‫تصاویر‬ ‫و‬ ‫عکس‬ ‫سازی‬.‫شود‬JPEG‫ساده‬ ‫و‬ ‫اولین‬‫فشرده‬ ‫در‬ ‫روش‬ ‫ترین‬‫سازی‬
‫فشرده‬ ‫برای‬ ‫شد‬ ‫سعی‬ ‫ابتدا‬ ‫در‬ ‫است‬ ‫تصویر‬‫تصاویر‬ ‫منظور‬ ‫این‬ ‫برای‬.‫گیرد‬ ‫قرار‬ ‫استفاده‬ ‫مورد‬ ‫متحرک‬ ‫تصاویر‬ ‫سازی‬
‫می‬ ‫فشرده‬ ‫عکس‬ ‫مانند‬ ‫فریم‬ ‫به‬ ‫فریم‬ ‫صورت‬ ‫به‬‫شد‬‫روش‬ ‫ابداع‬ ‫با‬ ‫و‬ ‫ند‬MOTION JPEG‫این‬ ‫دادن‬ ‫ارتباط‬ ‫برای‬
‫عکس‬.‫بود‬ ‫همراه‬ ‫مشکالتی‬ ‫با‬‫که‬ ‫شد‬ ‫تالش‬ ‫هم‬ ‫به‬ ‫ها‬
2-10-2-‫روش‬MPEG
‫عبارت‬ ‫مخفف‬ ‫فرمت‬ ‫این‬ ‫نام‬MOVING PICTURE EXPERT GROUP‫سال‬ ‫ابتدای‬ ‫در‬ ‫روش‬ ‫این‬ .‫است‬90
‫حدود‬ ‫سرعت‬ ‫با‬ ‫تصویر‬ ‫اطالعات‬ ‫آن‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫شد‬ ‫ابداع‬5/1‫ثا‬ ‫بر‬ ‫مگابیت‬‫می‬ ‫پیدا‬ ‫انتقال‬ ‫نیه‬‫تصاویر‬ ‫تهیه‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫کرد‬
‫می‬ ‫استفاده‬ ‫ویدئویی‬‫حدود‬ ‫ﺫخیره‬ ‫امکان‬ ‫روش‬ ‫این‬ .‫شد‬650‫حدود‬ ‫معادل‬ ‫اطالعات‬ ‫مگابایت‬70‫تصویر‬ ‫دقیقه‬
‫در‬ .‫آورد‬ ‫وجود‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫دیسک‬ ‫یک‬ ‫در‬ ‫متحرک‬MPEG‫بیت‬‫صورت‬ ‫به‬ ‫اطالعات‬ ‫های‬‫سریال‬‫می‬ ‫ارسال‬‫به‬ ‫و‬ ‫شوند‬
‫بیت‬ ‫آنها‬ ‫همراه‬‫هماهنﮓ‬ ‫و‬ ‫کنترل‬ ‫های‬‫می‬ ‫ارسال‬ ‫نیز‬ ‫کننده‬‫بیت‬ ‫قرارگیری‬ ‫نحوه‬ ‫و‬ ‫موقعیت‬ ‫که‬ ‫شوند‬‫اطالعاتی‬ ‫های‬
‫می‬‫تعیین‬ ‫تصویر‬ ‫و‬ ‫صدا‬ ‫اطالعات‬ ‫ثبت‬ ‫و‬ ‫انتقال‬ ‫برای‬ ‫را‬.‫کند‬
2-10-3-‫روش‬MPEG2
‫فشرده‬ ‫ضریﺐ‬ ‫از‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫در‬‫می‬ ‫استفاده‬ ‫باالتری‬ ‫سازی‬‫اطالعات‬ ‫به‬‫دسترسی‬ ‫امکان‬ ‫و‬ ‫شود‬3‫تا‬15‫بر‬ ‫مگابیت‬
‫ثانیه‬‫در‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫از‬ .‫است‬‫دی‬‫وی‬‫دی‬‫های‬‫امروزی‬‫می‬ ‫استفاده‬.‫شود‬

27. ‫دوم‬ ‫فصل‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬
17
2-10-4-‫روش‬MPEG4
‫می‬ ‫استفاده‬ ‫دارند‬ ‫کار‬ ‫سرو‬ ‫اطالعات‬ ‫کند‬ ‫یا‬ ‫سریع‬ ‫انتقال‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫تجهیزاتی‬ ‫برای‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫از‬‫توانایی‬ ‫روش‬ ‫این‬ .‫شود‬
‫شبکه‬ ‫در‬ .‫دارد‬ ‫را‬ ‫باال‬ ‫کیفیت‬ ‫با‬ ‫تصویر‬ ‫ارائه‬ ‫و‬ ‫خطا‬ ‫جبران‬‫از‬ ‫که‬ ‫کاربرانی‬ ‫برای‬ ‫تصویر‬ ‫باید‬ ‫کامپیوتری‬ ‫های‬
‫مودم‬‫های‬‫می‬ ‫استفاده‬ ‫کند‬ ‫یا‬ ‫سریع‬‫روش‬ ‫حالتی‬ ‫چنین‬ ‫در‬ ،‫شود‬ ‫داده‬ ‫نمایش‬ ‫خوبی‬ ‫به‬ ‫کنند‬MPEG4.‫است‬ ‫مناسﺐ‬
‫دوربین‬ ‫در‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫از‬‫می‬ ‫استفاده‬ ‫نیز‬ ‫تلویزیونی‬ ‫های‬‫یک‬ ‫تقسیم‬ ‫روش‬ ‫این‬ ‫اصلی‬ ‫ایده‬ .‫شود‬‫یک‬ ‫به‬ ‫ویدئویی‬ ‫فریم‬
‫می‬ ‫قرار‬ ‫هم‬ ‫کنار‬ ‫خاصی‬ ‫قاعده‬ ‫مطابق‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫موضوع‬ ‫چند‬ ‫یا‬‫و‬ ‫مجزا‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫اجزا‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫کدام‬ ‫هر‬ .‫گیرند‬
‫قابل‬ ‫جداگانه‬‫کپی‬.‫هستند‬ ‫انتقال‬ ‫یا‬ ‫و‬
2-11-‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫ﮐاربرد‬
‫پنج‬‫و‬ ‫صنعتی‬ ‫کنترل‬ ، ‫پزشکی‬ ‫مهندسی‬ ، ‫دفاعی‬ ‫های‬ ‫سیستم‬ ، ‫رباتیک‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫را‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫عمده‬ ‫کاربرد‬
‫تشخیص‬ ‫و‬ ‫ربات‬ ‫هدایت‬ ‫برای‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫از‬ ‫معموال‬ ‫رباتیک‬ ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫در‬ .‫کرد‬ ‫عنوان‬ ‫کامپیوتری‬ ‫گرافیک‬
‫یک‬ ‫رهگیری‬ ‫یا‬ ‫و‬ ‫هدﻑ‬ ‫یافتن‬ ‫برای‬ ‫دفاعی‬ ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫در‬ .‫شود‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫اشیا‬‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫متحرک‬ ‫هدﻑ‬
‫نرم‬ ‫معروفترین‬ ‫از‬ ‫یکی‬ ‫نیز‬ ‫گرافیکی‬ ‫کاربردهای‬ ‫مورد‬ ‫در‬ .‫باشد‬ ‫می‬ ‫موجود‬ ‫های‬ ‫روش‬ ‫اعتمادترین‬ ‫قابل‬ ‫از‬ ‫یکی‬
‫باشد‬ ‫می‬ ‫فتوشاپ‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫بر‬ ‫مبتنی‬ ‫افزارهای‬.‫تصاویر‬ ‫پردازش‬ ‫کاربرد‬ ‫ترین‬ ‫رایج‬ ‫نیز‬ ‫بیماری‬ ‫نوع‬ ‫تشخیص‬
‫تو‬ ‫خطوط‬ ‫امروزه‬ ، ‫نهایت‬ ‫در‬ .‫است‬ ‫پزشکی‬‫کنترل‬ ‫همچنین‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫تولید‬ ‫محصوالت‬ ‫کیفیت‬ ‫کنترل‬ ‫برای‬ ‫صنعتی‬ ‫لید‬
.‫اند‬ ‫جسته‬ ‫بهره‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬ ‫بر‬ ‫مبتنی‬ ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫از‬ ‫تولید‬ ‫خط‬ ‫حرکات‬‫در‬ ‫همچنین‬ ‫تصویر‬ ‫پردازش‬‫های‬ ‫زمینه‬
‫مختلف‬‫که‬ ‫دارد‬ ‫فراوانی‬ ‫کاربردهای‬ ‫نیز‬ ‫دیگری‬،‫نوردی‬ ‫فضا‬ ‫و‬ ‫نجوم‬ ،‫کشاورزی‬ ،‫شهرسازی‬ ،‫هواشناسی‬ ‫از‬ ‫عبارتند‬
‫شناسی‬ ‫زمین‬ ‫و‬ ‫روانشناسی‬ ،‫اقتصاد‬ ،‫سینما‬ ،‫تبلیﻐات‬ ،‫شناسی‬ ‫باستان‬ ،‫علمی‬ ‫های‬ ‫فناوری‬.
‫پردازش‬‫تصویر‬‫در‬‫افزایش‬‫سرعت‬‫پیشرفت‬‫ها‬‫ی‬‫علمی‬‫نیز‬‫تﺄثیر‬‫فوق‬‫العاده‬‫داشته‬‫است‬.‫اولین‬‫و‬‫مشخص‬‫ترین‬‫تﺄثیر‬
‫آن‬‫را‬‫می‬‫توان‬‫در‬‫علم‬‫عکاسی‬‫یا‬‫هنر‬‫دید‬.‫این‬‫علم‬‫در‬‫پیشرفت‬‫علوم‬‫پایه‬‫فیزیک‬،‫شیمی‬‫و‬‫مخصوصا‬‫تحقیقات‬
‫فیزیکی‬‫و‬‫کمک‬ ‫مکانیکی‬‫فراوانی‬‫کرده‬.‫است‬

28. ‫سوم‬ ‫فصل‬-‫پذیر‬ ‫برﻧامه‬ ‫منطقی‬ ‫های‬ ‫ﺁرایه‬FPGA
‫الکترونیک‬ ‫صنعت‬ ‫در‬FPGA‫نوع‬ ‫از‬ ( ‫مجتمع‬ ‫هادی‬ ‫نیمه‬ ‫سیلیکونی‬ ‫های‬ ‫تراشه‬ ‫از‬ ‫خاصی‬ ‫نوع‬ ‫به‬VLSI‫می‬ ‫)گفته‬
‫دارای‬ ،‫هستند‬ ‫خود‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫ثابت‬ ‫الکترونیکی‬ ‫شبکه‬ ‫یک‬ ‫دارای‬ ‫که‬ ‫سیلیکونی‬ ‫های‬ ‫تراشه‬ ‫دیگر‬ ‫برخالﻑ‬ ‫که‬ ‫شود‬
‫نمی‬ ‫تشکیل‬ ‫را‬ ‫الکترونیکی‬ ‫مدار‬ ‫هیچ‬ ‫اولیه‬ ‫حالت‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫هستند‬ ‫الکترونیکی‬ ‫های‬ ‫المان‬ ‫از‬ )‫(ماتریس‬ ‫مجموعه‬ ‫یک‬
‫واقع‬ ‫در‬ .‫دهند‬FPGA‫ها‬ ‫تراشه‬ ‫از‬ ‫خاصی‬ ‫دسته‬ ‫به‬ ‫متعلق‬ ‫ها‬‫برنامه‬ ‫قابل‬ ‫های‬ ‫تراشه‬ ‫آنها‬ ‫به‬ ‫مجموع‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫باشند‬ ‫می‬
( ‫ریزی‬Programmable Array( ‫میدانی‬ ‫ریزی‬ ‫برنامه‬ ‫قابل‬ ‫ابزارهای‬ ‫افتاده‬ ‫جا‬ ‫کامال‬ ‫اصطالح‬ ‫در‬ ‫یا‬ )Field-
Programmable Array – FPD‫بعد‬‫مشتری‬ ‫یا‬ ‫طراح‬ ‫توسط‬ ‫پیکربندی‬ ‫امکان‬ ‫نامگذاری‬‫این‬ ‫دلیل‬ ،‫شود‬ ‫می‬ ‫گفته‬ )
‫ان‬ ‫تولید‬ ‫از‬.‫باشد‬ ‫می‬ ‫بوه‬‫بودن‬ ‫پذیر‬ ‫برنامه‬ ‫بار‬ ‫چند‬ ‫طبیعت‬FPGA‫مناسﺐ‬ ‫آموزشی‬ ‫های‬ ‫استفاده‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫آنها‬ ‫ها‬
‫همچنین‬ .‫سازند‬ ‫بهینه‬ ‫و‬ ‫تصحیﺢ‬ ‫را‬ ‫خود‬ ‫پردازنده‬ ‫طراحی‬ ‫تواند‬ ‫می‬ ‫کاربر‬ ‫آنها‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫چون‬ ‫است‬ ‫کرده‬FPGA
‫ها‬ ‫تکنولوژی‬ ‫ساله‬ ‫هر‬ ‫چون‬ ‫باشد‬ ‫می‬ ‫مناسﺐ‬ ‫نیز‬ ‫دانشگاهی‬ ‫جامعه‬ ‫برای‬ ‫ها‬‫می‬ ‫تولید‬ ‫تر‬ ‫مناسﺐ‬ ‫قیمت‬ ‫با‬ ‫جدیدتر‬ ‫ی‬
.‫شود‬
FPGA‫زمینه‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫صنعت‬ ‫وارد‬ ‫اخیر‬ ‫سالهای‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫تکنولوژیهاییست‬ ‫از‬ ‫یکی‬‫الکترونیک‬‫بسیار‬ ‫دیجیتال‬
‫از‬ ‫بسیاری‬ ‫در‬ ‫امروز‬ ‫و‬ ‫شده‬ ‫ظاهر‬ ‫خوب‬‫پروژه‬‫خصوصا‬ ‫صنعتی‬ ‫مهم‬ ‫های‬"‫پروژه‬.‫گردد‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫مخابراتی‬ ‫های‬
‫از‬ ‫بخشی‬ ، ‫صدا‬ ‫و‬ ‫تصویر‬ ‫پروسسور‬ ، ‫کنترلر‬ ‫میکرو‬ ‫مانند‬ ‫تری‬ ‫پیچیده‬ ‫مدارات‬ ‫میتوان‬ ‫مجتمع‬ ‫مدار‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬
‫مدار‬ ‫گیرنده‬. ‫کرد‬ ‫طراحی‬ ‫کم‬ ‫نسبی‬‫قیمت‬ ‫با‬‫را‬ ... ‫و‬ ‫مخابراتی‬ ‫ات‬
‫در‬ ‫منطقی‬ ‫توابع‬ ‫اجرای‬ ‫سرعت‬FPGA‫بخواهیم‬ ‫اگر‬ . ‫است‬ ‫ثانیه‬ ‫نانو‬ ‫حد‬ ‫در‬ ‫و‬ ‫باال‬ ‫بسیار‬ ‫ها‬FPGA‫طور‬ ‫به‬ ‫را‬ ‫ها‬
‫منطقی‬ ‫بلوک‬ ‫باالیی‬ ‫تعداد‬ ‫از‬ ‫که‬ ‫تراشه‬ ‫یک‬ ‫از‬ ‫است‬ ‫عبارت‬ ، ‫کنیم‬ ‫تشریﺢ‬ ‫ساده‬- LB (Logic Block)‫خطوط‬ ،
‫پ‬ ‫و‬ ‫ارتباطی‬‫خروجی‬ / ‫ورودی‬ ‫های‬ ‫ایه‬(IOB)‫قرار‬ ‫یکدیگر‬ ‫کنار‬ ‫در‬ ‫ای‬ ‫آرایه‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫شده‬ ‫تشکیل‬
‫تشکیل‬ ‫ریزی‬ ‫برنامه‬ ‫قابل‬ ‫های‬ ‫سوئیچ‬ ‫از‬ ‫است‬ ‫منطقی‬ ‫های‬ ‫بلوک‬ ‫بین‬ ‫ارتباط‬ ‫آنها‬ ‫وظیفه‬ ‫که‬ ‫ارتباطی‬ ‫خطوط‬ . ‫دارند‬

29. ‫فصل‬‫سوم‬‫آرایه‬‫برنامه‬ ‫منطقی‬ ‫های‬‫پذیر‬FPGA
19
‫برنام‬ ‫قابل‬ ‫یکبار‬ ‫تنها‬ ‫برخی‬ ، ‫دارند‬ ‫که‬ ‫نوعی‬ ‫به‬ ‫بسته‬ ‫ها‬ ‫سوئیچ‬ ‫این‬ . ‫اند‬ ‫شده‬‫دفعات‬ ‫تعداد‬ ‫به‬ ‫برخی‬ ‫و‬ ‫هستند‬ ‫ریزی‬ ‫ه‬
‫شوند‬ ‫می‬ ‫ریزی‬ ‫برنامه‬ ‫زیادی‬.
‫نوع‬ ‫به‬ ‫و‬ ‫است‬ ‫متفاوت‬ ‫منطقی‬ ‫بلوک‬ ‫هر‬ ‫های‬ ‫ورودی‬ ‫تعداد‬FPGA‫های‬ ‫بلوک‬ ‫مثال‬ ‫عنوان‬ ‫به‬ . ‫شود‬ ‫می‬ ‫مربوط‬
‫خانواده‬ ‫در‬ ‫منطقی‬‫ی‬ACT-1‫نوع‬ ‫از‬ ،8‫منطقی‬ ‫های‬ ‫سلول‬ ، ‫منطقی‬ ‫های‬ ‫بلوک‬ ‫به‬ ‫موارد‬ ‫برخی‬ ‫در‬ . ‫است‬ ‫ورودی‬
‫شود‬ ‫می‬ ‫گفته‬ ‫نیز‬.
‫جداول‬ ‫اساﺱ‬ ‫بر‬ ‫منطقی‬ ‫های‬ ‫سلول‬ ‫از‬ ‫بسیاری‬LUT‫شوند‬ ‫می‬ ‫ساخته‬LUT.‫حافظه‬ ‫سلولهای‬ ‫تعدادی‬ ‫از‬SRAM
‫ریزی‬ ‫برنامه‬ ‫هنگام‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫تشکیل‬FPGA‫شوند‬ ‫می‬ ‫دهی‬ ‫مقدار‬ ،.
‫کلی‬ ‫طور‬ ‫به‬‫پیکربندی‬FPGA.‫پذیرد‬ ‫می‬ ‫انجام‬ ‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫زبان‬ ‫توسط‬
‫(نظیر‬ ‫میکروکنترلرهایی‬ ‫با‬ ‫فرد‬ ‫که‬ ‫صورتی‬ ‫در‬AVR ,ARM.‫بود‬ ‫خواهد‬ ‫آسان‬ ‫قسمت‬ ‫این‬ ‫درک‬ ،‫باشد‬ ‫آشنا‬ )
.‫باشد‬ ‫می‬ ‫پردازش‬ ‫قدرت‬ ‫و‬ ‫خروجی‬ ،‫ورودی‬ ‫دارای‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫منظوره‬ ‫همه‬ ‫پردازنده‬ ‫یک‬ ‫میکروکنترلر‬‫میکرو‬
‫دارای‬ ‫ها‬ ‫کنترلر‬‫باش‬ ‫می‬ ‫خاصی‬ ‫کامپایلرهای‬‫ن‬‫های‬ ‫زبان‬ ‫با‬ ‫که‬ ‫د‬Assembly،basic c‫برنامه‬ ‫آنها‬ ‫برای‬ ‫توان‬ ‫می‬
‫نام‬ ‫به‬ ‫دستگاهی‬ ‫توسط‬ ‫را‬ ‫شده‬ ‫نوشته‬ ‫برنامه‬ ‫سپس‬ ‫نوشت‬programmer‫به‬‫سی‬ ‫آی‬ ‫روی‬‫انتقال‬‫و‬ ‫دهند‬ ‫می‬‫در‬
Rom‫می‬ ‫ﺫخیره‬‫شود‬.‫را‬ ‫میکرو‬ ‫روی‬ ‫برنامه‬ ‫ریختن‬Programming‫میکروکنترلرها‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫ﺫکر‬ ‫قابل‬ .‫گویند‬ ‫می‬
‫به‬ ‫را‬ ‫خود‬ ‫برنامه‬ ‫باید‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫نهایی‬ ‫کاربر‬ ‫بلکه‬ ‫دهند‬ ‫نمی‬ ‫انجام‬ ‫پردازشی‬ ‫و‬ ‫ندارند‬ ‫ای‬ ‫برنامه‬ ‫خریداری‬ ‫هنگام‬ ‫در‬
‫را‬ ‫آن‬ ‫و‬ ‫بنویسد‬‫میکروکنترلر‬ ‫آن‬ ‫برای‬ ‫قبولی‬ ‫قابل‬ ‫زبان‬Program.‫کند‬
‫های‬ ‫تراشه‬ ‫در‬ ‫روند‬ ‫این‬FPGA.‫افتد‬ ‫می‬ ‫اتفاق‬ ‫نیز‬‫های‬ ‫تراشه‬ ‫در‬ ‫که‬ ‫تفاوت‬ ‫این‬ ‫با‬FPGA‫به‬ ‫توانند‬ ‫می‬ ‫خود‬ ‫(که‬
‫به‬‫را‬ ‫منطقی‬ ‫واحدهای‬ ‫کدام‬ ‫تراشه‬ ‫که‬ ‫کند‬ ‫مشخص‬ ‫باید‬ ‫بلکه‬ ‫ندارد‬ ‫اجرا‬ ‫به‬ ‫نیازی‬ ‫کد‬ )‫شوند‬ ‫تبدیل‬ ‫هم‬ ‫میکرو‬ ‫یک‬
‫را‬ ‫خواهیم‬ ‫می‬ ‫ما‬ ‫که‬ ‫افزاری‬ ‫سخت‬ ‫نوعی‬ ‫به‬ ‫باید‬ ‫کلی‬ ‫طور‬ ‫به‬ ‫غیره‬ ‫و‬ ‫کند‬ ‫کوتاه‬ ‫اتصال‬ ‫را‬ ‫کدام‬ ،‫کند‬ ‫وصل‬ ‫هم‬
‫توص‬.‫کند‬ ‫یف‬
‫کند‬ ‫می‬ ‫توصیف‬ ‫را‬ ‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫که‬ ‫کد‬ ‫این‬"‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫کد‬"(Hardware Description Code‫نام‬ )
‫مینویسند‬ ‫آن‬ ‫قواعد‬ ‫و‬ ‫سینتاکس‬ ‫روی‬ ‫از‬ ‫را‬ ‫کد‬ ‫این‬ ‫که‬ ‫زبانی‬ . ‫دارد‬"‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫زبان‬"(Hardware
Description Language‫هایی‬ ‫زبان‬ ‫کد‬ ‫با‬ ‫کد‬ ‫نوع‬ ‫این‬ .‫شود‬ ‫می‬ ‫)نامیده‬‫مثل‬C‫زبان‬ ‫کد‬ ‫زیرا‬ ، ‫دارد‬ ‫تفاوت‬C‫یک‬
‫یک‬ ‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫کد‬ ‫اما‬ ‫است‬ ‫پردازنده‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫اجرا‬ ‫قابل‬ ‫پی‬ ‫در‬ ‫پی‬ ‫دستورات‬ ‫مجموعه‬ ‫و‬ ‫افزاری‬ ‫نرم‬ ‫روند‬
‫مثل‬ ‫میدانی‬ ‫خام‬ ‫تراشه‬FPGA.‫کند‬ ‫می‬ ‫کاربردی‬ ‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫یک‬ ‫به‬‫تبدیل‬ ‫را‬

30. ‫فصل‬‫سوم‬‫آرایه‬‫برنامه‬ ‫منطقی‬ ‫های‬‫پذیر‬FPGA
20
‫جمله‬ ‫از‬ ‫زیادی‬ ‫های‬ ‫نمونه‬ ‫افزار‬ ‫سخت‬ ‫توصیف‬ ‫های‬ ‫زبان‬Abel, Verilog,VHDL‫آنها‬ ‫مشهورترین‬ ‫که‬ ‫دارد‬
VHDL,Verilog‫نویسی‬ ‫برنامه‬ ‫یکپارچه‬ ‫های‬ ‫محیط‬ ‫ها‬ ‫زبان‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫هرکدام‬ ‫برای‬ .‫باشد‬ ‫می‬IDE‫مثل‬Modelsim
‫و‬Quartus‫قالﺐ‬ ‫کد‬ ‫به‬ ‫شده‬ ‫نوشته‬ ‫برنامه‬ ‫تبدیل‬ ‫و‬ ‫کامپایل‬ ،‫ویرایش‬ ،‫نوشتن‬ ‫برای‬ ‫ابزارها‬ ‫تمامی‬ ‫که‬ ‫دارند‬ ‫وجود‬
‫ر‬ ‫تراشه‬ ‫روی‬ ‫انتقال‬.‫کند‬ ‫می‬ ‫فراهم‬ ‫یکجا‬ ‫ا‬
3-1-‫تاریخچه‬
‫صنعت‬FPGA‫های‬ ‫تراشه‬ ‫توسط‬ ‫ابتدا‬ ‫در‬(PROM)Programmable read-only memory‫و‬Programmable
Logic deevices(PLDs).‫گرفت‬ ‫شکل‬ ‫ها‬PROM‫و‬ ‫ها‬PLD‫ها‬‫در‬ ‫ای‬ ‫دسته‬ ‫طور‬ ‫به‬ ‫ریزی‬ ‫برنامه‬ ‫قابلیت‬ ‫دو‬ ‫هر‬
.‫داشتند‬ ‫را‬ ‫کارخانه‬
‫دهه‬ ‫اواخر‬ ‫در‬1980‫توسط‬ ‫تحقیق‬ ‫برای‬ ‫را‬ ‫ای‬ ‫بودجه‬ ‫دریایی‬ ‫نیروی‬ ‫جنﮓ‬ ‫دپارتمان‬Steve Casselman‫برای‬
‫بتواند‬ ‫که‬ ‫کامپیوتری‬ ‫ساخت‬600000.‫داد‬ ‫تخصیص‬ ،‫کند‬ ‫سازی‬ ‫پیاده‬ ‫را‬ ‫پذیر‬ ‫برنامه‬ ‫گیت‬Caselman‫و‬ ‫شد‬ ‫موفق‬
‫سال‬ ‫در‬1992.‫نمود‬‫ثبت‬ ‫را‬ ‫اختراع‬ ‫این‬
‫تکنولو‬ ‫و‬ ‫بنیادی‬ ‫مفاهیم‬ ‫از‬ ‫برخی‬‫توسط‬ ‫پذیر‬ ‫برنامه‬ ‫منطقی‬ ‫های‬ ‫بلوک‬ ‫و‬ ‫ها‬ ‫گیت‬ ،‫ها‬ ‫آرایه‬ ‫برای‬ ‫صنعتی‬ ‫های‬ ‫ژی‬
David W.Page‫و‬LuVerne R.Paterson‫سال‬ ‫در‬1985.‫بودند‬ ‫شده‬ ‫ثبت‬
Ross Freeman‫و‬Bernard Vonderscmitt‫موسسان‬Xilinx‫نام‬‫به‬ ‫تجاری‬ ‫پذیر‬ ‫برنامه‬ ‫گیت‬ ‫آرایه‬ ‫بار‬ ‫اولین‬ ‫برای‬
XC2064‫سال‬ ‫در‬ ‫را‬1985‫اخت‬.‫نمودند‬ ‫راع‬XC2064‫ها‬ ‫گیت‬ ‫میان‬ ‫پذیر‬ ‫برنامه‬ ‫اتصاالت‬ ‫و‬ ‫پذیر‬ ‫برنامه‬ ‫های‬ ‫گیت‬
.‫بود‬ ‫جدیدی‬ ‫بازار‬ ‫و‬ ‫تکنولوژی‬ ‫یک‬ ‫شروع‬ ‫که‬ ،‫داشت‬ ‫را‬XC2064‫دارای‬64‫پیکربندی‬ ‫قابل‬ ‫منطقی‬ ‫بلوک‬
(CLB‫مراجعه‬ ‫جدول‬ ‫دو‬ ، )3.‫بود‬ ‫ورودی‬
‫دهه‬1990‫زمانی‬ ‫دوره‬ ‫مهمترین‬FPGA‫تو‬ ‫حجم‬ ‫لحاظ‬ ‫از‬ ‫هم‬ ،‫بود‬ ‫ها‬‫دهه‬ ‫ابتدای‬ ‫در‬ .‫آن‬ ‫رساندن‬ ‫کمال‬ ‫به‬ ‫هم‬ ‫و‬ ‫لید‬
1990‫از‬FPGA‫دهه‬ ‫این‬ ‫اواخر‬ ‫در‬ .‫شد‬ ‫می‬ ‫استفاده‬ ‫ارتباطات‬ ‫و‬ ‫سازی‬ ‫شبکه‬ ‫مصارﻑ‬ ‫برای‬ ‫ها‬FPGA‫خود‬ ‫راه‬ ‫ها‬
.‫نمودند‬ ‫باز‬ ‫صنعتی‬ ‫مصارﻑ‬ ‫برای‬ ‫را‬
‫از‬ ‫استفاده‬ ‫در‬ ‫جدیدی‬ ‫گرایش‬FPGA‫ها‬‫اتصاالت‬ ‫و‬ ‫منطقی‬ ‫های‬ ‫بلوک‬ ‫ترکیﺐ‬ ‫هم‬ ‫آن‬ ‫که‬ ‫است‬ ‫آمده‬ ‫وجود‬ ‫به‬
‫یک‬FPGA‫یک‬ ‫دادن‬ ‫شکل‬ ‫برای‬ ‫توکار‬ ‫میکروپروسسور‬ ‫یک‬ ‫با‬ ‫سنتی‬system on programmable chip‫کامل‬
‫به‬ ‫توان‬ ‫می‬ ‫مخلوط‬ ‫تکنولوژی‬ ‫این‬ ‫از‬ ‫مثال‬ ‫بعنوان‬ .‫باشد‬ ‫می‬SoC‫پذیر‬ ‫برنامه‬7000-TM
Zynq‫شرکت‬Xilinx‫که‬