برنامه نویسی ترم دوازدهم

جلسه ۱: آشنایی با OpenCV و راه‌اندازی محیط

هدف

• نصب و راه‌اندازی opencv-python
• اجرای اولین برنامه
• آشنایی با خواندن و نمایش تصویر

مباحث

• معرفی OpenCV
• ساختار تصویر در پایتون
• خواندن تصویر از فایل
• نمایش تصویر و بستن پنجره‌ها

توابع مهم

• python
• cv2.imread()
• cv2.imshow()
• cv2.waitKey()
• cv2.destroyAllWindows()

خروجی عملی

• خواندن یک عکس و نمایش آن

تمرین

• ابعاد تصویر را چاپ کنید
• تصویر را به صورت رنگی و خاکستری نمایش دهید

جلسه ۲: کار با تصویر به عنوان آرایه

هدف

• درک اینکه تصویر یک آرایه NumPy است
• کار با ابعاد، نوع داده و برش

مباحث

• shape، dtype، size
• برش تصویر با slicing
• ناحیه‌ی مورد نظر ROI
• کپی و ارجاع

توابع مهم

• image.shape
• image.dtype
• image.size
• slicing در NumPy

خروجی عملی

• جدا کردن یک ناحیه از تصویر و ذخیره آن

تمرین

• ROI وسط تصویر را جدا کنید
• روی ROI یک مستطیل رسم کنید

جلسه ۳: تبدیل رنگ‌ها و فضاهای رنگی

هدف

• آشنایی با RGB/BGR/Gray/HSV

مباحث

• تفاوت BGR و RGB
• تبدیل به خاکستری
• تبدیل به HSV
• کاربرد هر فضای رنگی

توابع مهم

• cv2.cvtColor()
• cv2.COLOR_BGR2RGB
• cv2.COLOR_BGR2GRAY
• cv2.COLOR_BGR2HSV

خروجی عملی

• نمایش یک تصویر در سه فضای رنگی مختلف

تمرین

• تصویر را به Gray و HSV تبدیل و ذخیره کنید

جلسه ۴: رسم اشکال و نوشتن متن روی تصویر

هدف

• اضافه کردن مستطیل، خط، دایره و متن

مباحث

• رسم برای Annotation
• نمایش مختصات و برچسب‌گذاری
• کاربرد در دیباگ و پروژه‌ها

توابع مهم

• cv2.line()
• cv2.rectangle()
• cv2.circle()
• cv2.putText()
• cv2.ellipse()

خروجی عملی

• مشخص کردن یک شیء روی تصویر با کادر و متن

تمرین

• یک تصویر را با چند شکل و متن تزئین/نشانه‌گذاری کنید

جلسه ۵: تنظیم روشنایی، کنتراست و گاما

هدف

• بهبود کیفیت تصویر و اصلاح نور

مباحث

• Brightness
• Contrast
• Gamma correction
• تغییر شدت پیکسل

توابع مهم

• cv2.convertScaleAbs()
• cv2.LUT()

خروجی عملی

• ساخت نسخه روشن‌تر و کنتراست‌دارتر از یک تصویر

تمرین

• چند مقدار مختلف برای آلفا و بتا امتحان کنید

جلسه ۶: فیلترهای نرم‌کننده و حذف نویز

هدف

• کاهش نویز و آماده‌سازی برای پردازش‌های بعدی

مباحث

• میانگین‌گیری
• Gaussian blur
• Median blur
• اثر هر فیلتر

توابع مهم

• cv2.blur()
• cv2.GaussianBlur()
• cv2.medianBlur()

خروجی عملی

• مقایسه ۳ نوع blur روی یک تصویر

تمرین

• روی تصویر پرنویز، بهترین فیلتر را انتخاب کنید

جلسه ۷: آستانه‌بندی و تبدیل به تصویر باینری

هدف

• جداسازی نواحی مهم از پس‌زمینه

مباحث

• Threshold ساده
• Binary / Binary inverse
• Adaptive threshold
• کاربرد در اسناد و اشیاء

توابع مهم

• cv2.threshold()
• cv2.adaptiveThreshold()
• خروجی عملی
• تبدیل یک تصویر خاکستری به باینری

تمرین

• روی چند تصویر متفاوت threshold مناسب پیدا کنید

جلسه ۸: تشخیص لبه‌ها

هدف

• استخراج مرز اشیا و ساختارها

مباحث

• مفهوم لبه
• Sobel
• Laplacian
• Canny

توابع مهم

• cv2.Sobel()
• cv2.Laplacian()
• cv2.Canny()

خروجی عملی

• تشخیص لبه‌های یک تصویر با Canny

تمرین

• تاثیر تغییر thresholdهای Canny را بررسی کنید

جلسه ۹: کانتور و تحلیل شکل اشیا

هدف

• پیدا کردن مرز اشیاء و اندازه‌گیری آنها

مباحث

• کانتور چیست؟
• پیدا کردن کانتور
• رسم کانتور
• مساحت، محیط و مرکز جرم

توابع مهم

• cv2.findContours()
• cv2.drawContours()
• cv2.contourArea()
• cv2.arcLength()
• cv2.moments()

خروجی عملی

• شمارش اشیاء موجود در یک تصویر

تمرین

• فقط کانتورهایی با مساحت بیشتر از مقدار مشخص رسم کنید

جلسه ۱۰: هیستوگرام و تحلیل توزیع روشنایی

هدف

• بررسی توزیع شدت پیکسل‌ها

مباحث

• هیستوگرام چیست؟
• هیستوگرام خاکستری
• هیستوگرام رنگی
• کاربرد در تحلیل تصویر

توابع مهم

• cv2.calcHist()
• cv2.normalize()

خروجی عملی

• رسم هیستوگرام یک تصویر

تمرین

• هیستوگرام دو تصویر روشن و تاریک را مقایسه کنید

جلسه ۱۱: عملیات مورفولوژیکی

هدف

• تمیز کردن تصویر باینری و اصلاح ساختارها

مباحث

• Erosion
• Dilation
• Opening
• Closing
• کاربرد در حذف نویز و پر کردن حفره

توابع مهم                                       

• cv2.getStructuringElement()
• cv2.erode()
• cv2.dilate()
• cv2.morphologyEx()

خروجی عملی

• تمیز کردن یک تصویر باینری با عملیات مورفولوژی

تمرین

• اثر kernelهای مختلف را مقایسه کنید

جلسه ۱۲: کار با ویدئو

هدف

• خواندن و پردازش فریم‌به‌فریم ویدئو

مباحث

• ویدئو به عنوان جریان فریم
• گرفتن فریم
• نمایش زنده
• ذخیره خروجی ویدئو

توابع مهم

• cv2.VideoCapture()
• cv2.VideoWriter()
• cv2.VideoWriter_fourcc()

خروجی عملی

• خواندن ویدئو و اعمال یک فیلتر روی آن

تمرین

• روی هر فریم Canny یا Gray اعمال کنید

جلسه ۱۳: تشخیص چهره با مدل‌های آماده OpenCV

هدف

• استفاده از classifier آماده

مباحث

• Haar Cascade
• تشخیص چهره در تصویر و ویدئو
• رسم کادر دور چهره

توابع مهم

• cv2.CascadeClassifier()
• detectMultiScale()

خروجی عملی

• تشخیص چهره در یک عکس

تمرین

• تشخیص چهره در ویدئو زنده یا فایل ویدیویی

جلسه ۱۴: مقدمه‌ای بر تشخیص الگو و تطبیق تصویر

هدف

• پیدا کردن یک الگو در تصویر

مباحث

• Template Matching
• تشخیص محل نمونه مشابه
• کاربرد در جست‌وجوی قطعه، لوگو، آیکن و …

توابع مهم

• cv2.matchTemplate()
• cv2.minMaxLoc()
• خروجی عملی
• یافتن یک template در تصویر

تمرین

• برای چند روش تطبیق، نتیجه را مقایسه کنید

جلسه ۱۵: پروژه نهایی و جمع‌بندی

هدف

• ترکیب همه مطالب در یک پروژه کامل

پروژه‌های پیشنهادی

• شمارش اشیاء
• تشخیص چهره
• تشخیص آلودگی/نقاط/نقص در تصویر
• تشخیص لبه و کانتور در اسناد یا تصاویر صنعتی

توابع مهم

ترکیبی از:

• cv2.cvtColor
• cv2.GaussianBlur
• cv2.threshold
• cv2.morphologyEx
• cv2.findContours
• cv2.drawContours
• cv2.putText

خروجی عملی

• یک پروژه کامل با ورودی تصویر و خروجی قابل ارائه

تمرین/پروژه

• یک سیستم ساده برای شمارش اشیاء یا تشخیص شکل‌ها بسازید