فهرست مطالب

ماشین بینایی و پردازش تصویر - سال هشتم شماره 2 (تابستان 1400)

نشریه ماشین بینایی و پردازش تصویر
سال هشتم شماره 2 (تابستان 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/09/24
  • تعداد عناوین: 6
|
  • منصوره صعیدزرندی*، حسین نظام آبادی پور، سعید سریزدی، احد جمالیزاده صفحات 1-23

    کاهش نویز تصاویر در حوزه پردازش تصویر موضوعی است که بسیار مورد تحقیق و پژوهش قرار گرفته است. به طور کلی ایده های کاهش نویز را از لحاظ حوزه نمایش می توان به کاهش نویز در حوزه مکان وکاهش نویز در حوزه تبدیل تقسیم بندی نمود. روش های حوزه تبدیل را می توان با توجه به توابع پایه آنها به دو گروه اصلی روش های حوزه تبدیل با توابع پایه منطبق با داده و روش های حوزه تبدیل با توابع پایه ثابت تقسیم بندی کرد. روش های حوزه تبدیل با پایه ثابت که تبدیل موجک از مشهورترین آنها می باشد به دلیل ویژگی ها و خواصی که دارند مانند تفکیک فرکانس/مکانی مناسب به طور وسیعی برای کاربردهای کاهش نویز مورد استفاده قرار گرفته اند. همچنین به دلیل خاصیت غیرایستا بودن تصاویر طبیعی و نیز اضافه شدن نویز به آنها، درمیان روش های حوزه تبدیل، روش های آماری مورد توجه فراوان قرار گرفته اند. در این مقاله پس از معرفی کلی انواع روش های رفع نویز، مهمترین مدل های آماری ارایه شده در حوزه تبدیل با پایه ثابت، معرفی شده اند. نتایج تجربی جهت بیان مزایا و معایب این روش ها بحث و تحلیل شده اند. مطالعه مفهومی این مقاله می تواند مرجع مناسبی برای ایده های تحقیقی ارایه شده در حوزه کاهش نویز تصاویر باشد.

    کلیدواژگان: پردازش تصویر، کاهش نویز، مدل های آماری، حوزه تبدیل
  • پگاه صالحی، عبدالله چاله چاله* صفحات 25-41

    تشخیص سرطان عمدتا توسط تجزیه و تحلیل بصری آسیب شناس، با بررسی مورفولوژی برش های بافت تحت میکروسکوپ انجام می شود. اگر تصویر میکروسکوپی یک نمونه رنگ آمیزی نشود بدون رنگ و بافت به نظر می رسد، بنابراین برای ایجاد کنتراست و شناسایی اجزای خاص بافت، نمونه ها به رنگ آمیزی شیمیایی نیاز دارند. در حین آماده سازی بافت، با توجه به ترکیبات شیمیایی گوناگون، اسکنرهای متنوع و تنوع در انواع بیمارها، بافت های مشابه معمولا در ظاهر متفاوت هستند. این تنوع بالا در رنگ آمیزی علاوه بر اختلاف تفسیری در بین آسیب شناسان، یکی از چالش های اصلی در طراحی سیستم های قدرتمند و انعطاف پذیربرای تجزیه و تحلیل خودکار است. استراتژی های مختلفی از نرمال سازی رنگ به عنوان یک مرحله پیش پردازش در خط لوله سیستم های خودکار پیشنهاد شده است. روشPix2Pix  که برگرفته شده از شبکه های مولد تخاصمی شرطی(cGAN)  می باشد، یکی از روش های قدرتمند و با توانمندی بالا برای حل مسایل انتقال تصویر به تصویر است. نوآوری اصلی این مقاله ارایه ی یک روش جدید و قدرتمند برای نرمال سازی رنگ تصاویر بافت آسیب شناسی با استفاده از روش Pix2Pix است که با استفاده از مجموعه داده Mitos-Atypia14 پیاده سازی و ارزیابی شده است. در روش پیشنهادی تصاویر در مقیاس خاکستری به عنوان ورودی به شبکه داده می شود و سپس شبکه یاد می گیرد که با حفظ ساختار و الگوی هیستوپاتولوژی بافت تصویر ورودی را به یک سبک رنگ آمیزی خاص مجددا رنگ آمیزی می کند. این روش در مقایسه با روش های پیشین که به یک تصویر مرجع درستی وابسته بودند، از توزیع تمامی تصاویر مجموعه آموزش برای یادگیری استفاده می کند.  روش پیشنهادی در مقایسه با برخی از بهترین روش هایی که تاکنون ارایه شده اند، در هر دو ارزیابی کمی و کیفی نتایج  بهتری را به دست آورده است. همچنین به عنوان نوآوری دیگر، روش پیشنهادی در کاربرد بالینی طبقه بندی بافت سینه بر روی مجموعه داده PatchCamelyon اعمال و مورد آزمایش قرار گرفته است، که نتایج حاصل، بهبود 5 درصدی AUC را نشان می دهد.

    کلیدواژگان: یادگیری عمیق، شبکه های مولد تخاصمی شرطی، انتقال تصویر به تصویر، تصاویر هیستوپاتولوژی، نرمال سازی رنگ
  • صفورا حیدری، عباس ابراهیمی مقدم*، مرتضی خادمی، هادی هادی زاده صفحات 43-55
    بازشناسی صحنه های پویا یکی از زمینه های تحقیقاتی اساسی در حوزه بینایی ماشین بشمار می رود. در این مقاله با استفاده از شبکه های عصبی پیچشی (CNN)، روشی موثر جهت بازشناسی صحنه های پویا ارایه می شود. در روش پیشنهادی، همبستگی بین نقشه های ویژگی حاصل از لایه های مختلف یک شبکه عصبی به عنوان بردار های ویژگی حاوی اطلاعات ویدیو، مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش، ابتدا N فریم از ویدیو انتخاب شده و به کمک یک شبکه عصبی پیچشی، نقشه های ویژگی مربوط به فریم های منتخب، استخراج شده و برای هر فریم، یک ماتریس گرام محاسبه می شود که بیانگر ویژگی های مکانی فریم های ویدیو است. سپس با قطعه بندی زمانی فریم های منتخب و میانگین گیری بر روی ماتریس های گرام این فریم ها، اطلاعات زمانی نیز لحاظ می شود. با انجام عملیات کدینگ ویژگی ها و سپس pooling، برای هر ویدیو یک بردار ویژگی به منظور طبقه بندی ویدیو حاصل می شود. نتایج شبیه سازی ها بر روی سه مجموعه داده مطرح در این زمینه نشان می دهد که روش پیشنهادی از دقت بازشناسی بهتری در مقایسه با سایر روش های مطرح در این زمینه تحقیقاتی برخوردار بوده و دقت بازشناسی را تا 9% برای مجموعه داده Maryland و 3% برای مجموعه داده YUP++ بهبود بخشیده است.
    کلیدواژگان: بازشناسی صحنه های پویا، شبکه عصبی پیچشی، همبستگی نقشه های ویژگی
  • امیرحسین رزمی، کوروش منوچهری*، علیرضا هدایتی صفحات 57-71

    یک تصویر دیجیتال نمایش بصری از چیزی است که بصورت الکترونیکی ایجاد و کپی یا ذخیره شده است. امنیت تصاویر با توجه به استفاده گسترده از تصاویری که در شبکه یا در دیسک ذخیره می شوند، نگرانی مهمی در امنیت اطلاعات امروز است. بدلیل آنکه رسانه های عمومی غیرقابل اعتماد و در برابر حملات آسیب پذیر می باشند؛ رمزگذاری تصویر موثرترین راه برای محرمانگی و محافظت از حریم خصوصی تصاویر در رسانه های عمومی غیرقابل اعتماد است. در این مقاله یک الگوریتم جدید رمزنگاری تصویر براساس استاندارد رمزنگاری پیشرفته و دنباله DNA برای تصاویر خاکستری ارایه می شود. ما نحوه رمزگذاری و رمزگشایی داده ها در دنباله DNA براساس جایگزینی کدون ها و چگونگی انجام مراحل مختلف استاندارد رمزنگاری پیشرفته مبتنی بر DNA را توضیح می دهیم. الگوریتم در نرم افزار MATLAB 2012b پیاده سازی می شود و برای ارزیابی اثربخشی آن از معیارهای مختلف عملکرد استفاده می شود. تجزیه و تحلیل تیوری و تجربی نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی کارآیی بهتری در سرعت و دقت دارد. علاوه بر این، تجزیه و تحلیل امنیتی ثابت می کند الگوریتم پیشنهادی مقاومت بیشتری نسبت به نویز و حملات شناخته شده از خود نشان می دهد؛ به طوری که شکست ناپذیری الگوریتم پیشنهادی 37.48% بهتر از الگوریتم های مورد قیاس می باشد

    کلیدواژگان: رمزنگاری تصویر، استاندارد رمزنگاری پیشرفته، دنباله DNA، دقت، سرعت، شکست ناپذیری
  • محسن جابری، فرزین یغمایی* صفحات 73-84
    با رشد روز افزون اینترنت و ابزارهای تصویربرداری دیجیتال، اندازه پایگاه داده تصاویر به سرعت در حال بزرگتر شدن است. در چنین شرایطی، نیاز شدیدی به ابزارها و روش های کارا برای جستجوی تصاویر دلخواه در پایگاه داده های بزرگ به وجود آمده است، استخراج ویژگی اساسی ترین قدم در ایجاد یک سامانه بازیابی تصاویر براساس محتواست و نقش بسیار تعیین کننده ای در دقت سامانه بازیابی دارد. در این مقاله روشی جدید جهت طبقه بندی تصاویر بازیابی شده براساس محتوا ارایه شد. پس از استخراج ویژگی و محاسبه توصیفگرهای مربوط به هر دسته توسط الگوریتم SIFT، الگوریتمTF-IDF توصیفگرهای مناسب را مشخص کرده و از خوشه بندی جهت یافتن توصیفگرهای کاندیدای هر دسته استفاده می کند. در مرحله بعد از ضرایب بازنمایی توصیفگرهای هر دسته با توجه به نماینده های تولید شده از مرحله قبل توسط الگوریتم کدگذاری خطی با قید محلی به عنوان ویژگی استفاده شده است. در نهایت از این ویژگی های تولید شده برای طبقه بندی تصاویر بازیابی شده استفاده می شود. دسته بندی که برای ارزیابی سیستم پیشنهادی مورد استفاده قرار گرفته، ماشین یادگیر بیشینه می باشد. دقت به دست آمده در این دسته بند بر روی پایگاه داده Caltech-101، 5/98 درصد و بر روی پایگاه داده17-Flowers، 90/97 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: بازیابی تصاویر، الگوریتمTF-IDF، الگوریتم SIFT، کدگذاری خطی با قید محلی، ماشین یادگیر بیشینه
  • مهدی میرزافام، ناصر آقازاده* صفحات 85-99
    در رشد ناحیه فرآیند قطعه بندی باینری تصویر است که با داشتن پیکسل هایی به عنوان بذر، پیکسل های مشابه و متصل به آنها به ناحیه اضافه می شود و درنهایت تصویری باینری که شامل شی یا اشیا هدف است ارایه می کند. تا به حال روش های قطعه بندی باینری زیادی برای استخراج شی هدف ارایه شده اند که ایراد مشترک همه آنها این است که استخراج شی هدف را به صورت کامل انجام نمی دهند. قاب ها به عنوان تعمیمی از پایه های متعامد کمتر در این الگوریتم ها استفاده شده اند. در این مقاله ابتدا یک تابع کشش کنتراست غیرخطی جدید معرفی می شود و سپس بر اساس این تابع کشش کنتراست و با استفاده از قاب شرلت ها بذرهای صحیح مربوط به الگوریتم رشد ناحیه را شناسایی کرده و سپس الگوریتم رشد ناحیه را روی تصویر اعمال می کنیم. نتایج ارایه شده روی تصاویر مصنوعی شبیه ساز عروق و تصاویر واقعی پزشکی، برتری این روش را نسبت به روش هایی که اخیرا ارایه شده اند، نشان می دهد.
    کلیدواژگان: قطعه بندی باینری، رشد ناحیه، قاب شرلت ها، استخراج عروق، تصاویر پزشکی
|
  • Mansoore Saeedzarandi *, Hossein Nezamabadi-Pour, Saeid Saryazdi, Ahad Jamalizadeh Pages 1-23

    Image denoising is a well explored topic. Generally, image denoising approaches can be categorized as spatial domain and transform domain methods according to the image representation. Transform domain methods can be divided into two main groups according to their basis functions. Transform domain methods with data adaptive basis functions and transform domain methods with fixed basis functions. Fixed basis functions transform methods, in which, wavelet transform is the most popular, have been widely used for noise reduction applications due to their features and properties, such as frequency / space separation. Also, due to the non-static nature of natural images and the addition of noise to them, statistical methods have received a lot of attention among transform methods. In the present paper, after a brief introduction of denoising methods, the most important statistical models in the fixed basis transform domain are studied. The experimental results are discussed and analyzed to determine the advantages and disadvantages of these methods. The comprehensive study in this paper is a good reference for new research ideas in image denoising.

    Keywords: image processing, Denoising, Statistical methods, Transform domain
  • Pegah Salehi, Abdolah Chalechale * Pages 25-41

    The diagnosis of cancer is mainly performed by visual analysis of pathologists through examining the morphology of the tissue slices under a microscope. If the microscopic image of a specimen is not stained, it will look colorless and without texture. Therefore, chemical staining is required to create adequate contrast and help identify specific tissue components. During tissue preparation due to differences in chemicals, scanners, and types of illness, similar tissues are usually varied significantly in appearance. This diversity in staining, in addition to interpretive disparity among pathologists, is one of the main challenges in designing robust and flexible systems for automated analysis. Various strategies for stain normalization have been proposed as a pre-processing step in the pipeline of the automated systems. The pix2pix methodwhich is derived from the conditional Generative Adversarial Networks (cGAN) is one of the powerful methods for solving image-to-image translation problems. The main innovation of this paper is to present a new powerful method for the stain normalization of histopathology images using the Pix2Pix method, which is implemented and evaluated on the Mitos-Atypia-14 dataset.In the proposed method, grayscale images are given as input to the network, and then the system learns to restain the texture of the input image in a specific coloring style by preserving the structure and corresponding histopathological pattern. This method, compared to previous methods that relied on a reference image, instead uses the distribution of all images in the learning phase. The proposed method has achieved significant resultsboth in quantitative and qualitative evaluations comparing to some well-known methods in the literature.Moreover, as another innovation, the proposed method tested in a clinical use-case, namely breast cancer tumor classification,using the PatchCamelyon datasetand itshowsa 5% increase in the AUC parameter.

    Keywords: Deep Learning, conditional Generative Adversarial Network (cGAN), Image-to-Image Translation, Histopathology Images, Stain Normalization
  • Safoora Heidari, Abbas Ebrahimi Moghadam *, Morteza Khademi Doroh, Hadi Hadizadeh Pages 43-55
    Dynamic scene recognition is one of the fundamental research fields in machine vision. In this paper, an effective dynamic scene recognition method using convolutional neural networks is proposed. In the proposed method the correlation of feature maps of different layers in a neural network is exploited as a feature vector containing video information. Firstly, N frames of video are selected and fed into a network to exploit the feature maps, then a Gram matrix indicating the spatial information of the frames of video is calculated. Subsequently, using temporal slicing over selected frames and averaging over the Gram matrices of these frames, temporal information is considered. Encoding features followed by pooling operation, a feature vector is obtained for classification. Experimental evaluations on benchmark dynamic scene datasets demonstrate the effectiveness of the proposed method in comparison with the state-of-the-art methods in this research field and has improved the recognition accuracy about 9% for Maryland dataset and about 3% for YUP++ dataset.
    Keywords: Dynamic Scene Recognition, convolutional neural network, Correlation of Feature Maps
  • Amirhossein Razmi, Kooroush Manochehri *, Alireza Hedayati Pages 57-71

    An image is a visual representation of something that has been created or copied and stored in electronic form. Securing images is becoming an important concern in today’s information security due to the extensive use of images that are either transmitted over a network or stored on disks. Since public media are unreliable and vulnerable to attacks, Image encryption is the most effective way to fulfil confidentiality and protect the privacy of images over an unreliable public media.In this paper a new image encryption algorithm based on Advanced Encryption Standard and DNA sequence is proposed. We present how to encode and decode data in a DNA sequence based on Codon replacement and how to perform the different steps of AES based DNA. The algorithm is implemented in MATLAB 2012b and various performance metrics are used to evaluate its efficacy. The theoretical and experimental analysis show that the proposed algorithm is efficient in speed and precision. Furthermore, the security analysis proves that proposed algorithm has a good resistance against the noise and known attacks; So that Unbreakability of proposed algorithm is 37.48% better than the compared algorithms.

    Keywords: Advanced Encryption Standard, DNA Sequence, Precision, Speed, Unbreakability
  • Mohsen Jaberi, Farzin Yaghmaee * Pages 73-84
    With the growing Internet and digital imaging tools, the size of the image database is increasing rapidly. Therefore, there is a strong need for tools and methods to search for images in a large database. Feature extraction is the most basic step in creating an image-retrieval systems. This paper presents a new method for image retrieval systems. After extracting the feature and computing descriptors for each category by the SIFT algorithm, then the appropriate descriptors are identified by the TF-IDF algorithm and used clustering to find candidate descriptors for each category. In the next step, the descriptor coefficients of each category were used with regard to the representatives from the previous stage by the local coding algorithm as the attribute. Finally we used Extreme Learning Machine (ELM) for classification. Experimental results show that the accuracy achieved in proposed method on the Caltech-101 database is about 98.5% and in Flowers data set is about 97.9%.
    Keywords: Imageretrieval, TF-IDF, SIFT, 3 Locality Constrained Linear Coding, Extreme learning machine
  • Mehdi Mirzafam, Nasser Aghazadeh * Pages 85-99
    Region growing, in a simple version, is a segmentation process, which having pixels as seeds, pixels with the same intensities and connected them are added to the area gradually, and finally presents a binary image that contains the object or objects of the target. So far, many binary segmentation techniques have been developed to extract target objects, with the common disadvantage that they do not perform the extraction task completely. Frames as the generalization of orthogonal bases are used scarcely in these algorithms. In this paper, a new nonlinear contrast stretching function is introduced, and then, based on the contrast stretching function andshearlets frame, correct initialization seeds are extractedand then the region growing algorithm applyto the image. The results presented on synthetic images and real medical images show the advantages of our technique to those recently proposed.
    Keywords: Binary segmentation, Region Growing, Shearlets frame, Vessel extraction, Medical images