آموزش OpenCV، کاربردها و ایده هایی برای استفاده مفید از آن

ما در این مقاله ایده ‌هایی از پروژه ‌های OpenCV را برای مبتدیان و نیمه حرفه‌ای ها ​به اشتراک خواهیم گذاشت. شما هم در این مطلب پروژه ‌های جالب مبتنی بر OpenCV را خواهید یافت که مرتبط با صنعت هستند و پیاده سازی شان آسان است.

OpenCV چیست؟

OpenCV یک کتابخانه ویژوال (بصری یا بینایی هم معنی می دهد) کامپیوتری منبع باز برای پردازش تصویر است که متخصصان صنعت داده به طور گسترده از آن استفاده می‌ کنند. غول‌ های فناوری بزرگ مثل گوگل، آی ‌بی ‌ام، اینتل، مایکروسافت و غیره همگی از OpenCV برای توسعه برنامه‌ های تصویری کامپیوتری شان استفاده می ‌کنند. کد OpenCV به زبان C++ نوشته شده اما با پایتون و جاوا هم سازگار است.

کتابخانه OpenCV روش‌ های هیجان ‌انگیزی را برای انجام وظایف مختلف مبتنی بر بینایی کامپیوتری ارائه می دهد. می‌ توان از آن برای پردازش تصویر، فیلم ‌برداری، تشخیص چهره در لحظه، تشخیص اشیا و غیره استفاده کرد. در ابتدا، ممکن است کشف همه عملکرد های متنوعی که کتابخانه OpenCV ارائه می ‌دهد دشوار باشد، اما در حین کار بر روی پروژه ‌هایOpenCV ، به آن ها عادت خواهید کرد.

نحوه یادگیری یک زبان برنامه نویسی و روش ورود به این رشته

ایده‌ های پروژه OpenCV

حالا با لیستی از پروژه ‌های OpenCV شروع می‌ کنیم تا به شما در درک کاربرد های کتابخانه مهیج OpenCV که در مورد آن صحبت کردیم، کمک کنیم. این لیست شامل پروژه ‌هایی است که به دسته ‌های زیر تقسیم بندی شده ‌اند.

1-پروژه‌ های OpenCV برای مبتدیان

2- پروژه‌ های OpenCV ساده با کد منبع

3- پروژه ‌های پردازش تصویر با استفاده از OpenCV

4- پروژه‌ های Opencv جالب برای نیمه حرفه‌‌ای ها

5- پروژه‌ های زیست شناسی OpenCV

حتما دانلود کنید: آموزش صفر تا صد پایتون با 15 درس

پروژه‌ های OpenCV برای مبتدیان

در این بخش، پروژه‌ های مبتنی بر OpenCV را خواهید دید که برای مبتدیان مناسب هستند. اگر دانشجویی هستید که در مورد مبحث بینایی کامپیوتر کنجکاو هستید و می ‌خواهید پروژه ‌هایی را اجرا کنید که از کتابخانه OpenCV استفاده می‌ کنند، این پروژه ‌ها برای تان مفید خواهند بود.

برنامه نقاشی سفارشی

وقتی صحبت بازی با رنگ ‌ها به میان می ‌آید، Paint مایکروسافت معمولا مورد علاقه همه است. برای یادگیری OpenCVچه ایده‌ای می‌تواند بهتر از ساختن برنامه نقاشی سفارشی خودتان باشد.

روش کار پروژه: می ‌توانید روی این پروژه در پایتون کار کنید و از کتابخانه deque برای طراحی پالت رنگ تان استفاده کنید. برای پنجره ساده‌ای که کاربر در آن ترسیم می‌ کند، باید از کتابخانه cv2 OpenCV استفاده کنید. همچنین می ‌توانید از این کتابخانه با استفاده از تابع putText()برای ایجاد دکمه ‌ها استفاده کنید. بعد از آن، می‌ توانید ویدیو را ضبط کنید و با استفاده از کتابخانه OpenCV آن را نمایش بدهید.

سیستم گرفتن سلفی

اگر به دنبال پروژه ‌های OpenCV راحت هستید که کار روی آن ها سرگرم کننده باشد، توصیه می ‌کنیم روی این پروژه کار کنید. در این پروژه OpenCV به شدت ساده ، هر وقت که یک چهره روی صفحه تشخیص داده شود، سلفی گرفته می‌ شود.

روش کار پروژه : این پروژه از شما می ‌خواهد تا از ویژگی‌ های ساده کتابخانه OpenCV مثل تشخیص چهره، ضبط ویدیو و غیره استفاده کنید. می ‌توانید کد تشخیص چهره را روی هر فریم ویدیو اجرا کنید و هر زمان که چهره شناسایی شد، روی یک تصویر کلیک کنید.

راهنمای کامل انتخاب زبان برنامه نویسی: کدام زبان برنامه نویسی را یاد بگیریم؟

شمارنده اشیا‌

ساختن یک اپلیکیشن مبتنی بر تشخیص اشیا با OpenCV ممکن است کار خسته کننده ‌ای به نظر برسد، اما اگر بخواهید آن را در پایتون پیاده ‌سازی کنید، بسیار کارِ آسانی است.

روش کار پروژه: پایتون یک کتابخانه مبتنی بر OpenCV به نام cvlib دارد که تشخیص اشیا روی یک تصویر را آسان می‌ کند. با استفاده از این کتابخانه در کنار OpenCV می‌ توانید پروژه ‌ای طراحی کنید که از وسایل نقلیه عکس گرفته و با کشیدن کادر هایی در اطراف شان، آن ها را شناسایی کند.

پروژه‌ های پردازش تصویر با استفاده از OpenCV

پردازش تصویر یکی از حیاتی ‌ترین کاربرد های کتابخانه OpenCV است. فهرست ایده‌ های پروژه مبتنی بر OpenCV که به شما در یادگیری روش ‌های رایج پردازش تصویر کمک می ‌کند را در ادامه با هم بررسی خواهیم کرد.

رنگ ‌آمیزی تصاویر سیاه و سفید

دوربین های رنگی تا سال 1907 در بازارها عرضه نشده بودند. مردم از سال 1839 با عکس ‌ها آشنا بودند منتهی به صورت سیاه و سفید. در حال حاضر هم هنوز عکس ‌هایی وجود دارند که قدیمی هستند و رنگی نیستند. مردم معمولا کنجکاوند بدانند نسخه رنگی آن عکس ‌ها چگونه خواهد بود. به لطف هوش مصنوعی ، با استفاده از کتابخانه OpenCV می ‌توانید رنگ‌ ها را به راحتی ببینید.

روش کار پروژه: برای پیاده ‌سازی این پروژه می ‌توانید با ImageNet Dataset کار کنید. آن تصاویر را از RGB‌ به فضای آزمایشگاهی تبدیل و از متد Zhang و همکارانش برای رنگ آمیزی تصاویر با استفاده از الگوریتم یادگیری عمیق استفاده کنید.

از دست ندهید: چند زبان برنامه نویسی داریم؟ چند تا باید یاد بگیریم؟

افزودن واترمارک به تصاویر

از آن جایی که افراد هر ثانیه تصاویری را در اینترنت آپلود می ‌کنند، ردیابی مالک اصلی یک تصویر بسیار دشوار شده است. به همین دلیل کاربران به اضافه کردن نماد ها یا برچسب ‌های خاص در تصاویر شان متوسل می ‌شوند تا مالکیت شان را نشان بدهند.

روش کار پروژه: برای اجرای این پروژه، باید توابع مختلف پردازش تصویر موجود در کتابخانه OpenCV مثل imwrite()، imread() و غیره را بررسی کرده و سعی کنید که لوگوی واترمارک سفارشی تان را بر روی تصویر مورد نظر اعمال کنید.

جا به جا کردن چهره‌ ها

این پروژه یکی از سرگرم کننده‌ ترین پروژه ‌های OpenCV برای مبتدیان است. اگر علاقه ‌مند به ساخت پروژه‌ های جالب با OpenCV هستید و می ‌خواهید با دوستان تان سرگرم شوید، بد نیست این پروژه را اجرا کنید. وظیفه شما در این پروژه ایجاد برنامه‌ ای است که به فرد اجازه بدهد تا چهره‌ ها را در یک تصویر مبادله کند.

روش کار پروژه: اولین و مهم ترین گام در این پروژه OpenCV تشخیص چهره‌ ها و سپس تشخیص ناحیه صورت و در نهایت، تعویض همان ناحیه با تصویر دیگری خواهد بود. شما می ‌توانید از کتابخانه dlib در پایتون برای استفاده از تشخیص چهره و پیش ‌بینی نقطه برجسته چهره به راحتی استفاده کنید. همچنین پیشنهاد می ‌کنیم که از روش مثلث سازی دِلونه برای تبادل تصاویر استفاده کنید.

شناسایی خطوط سطح زمین

خطوط کانتور یا تراز، خطوطی هستند که شکل یک شی را مشخص می ‌کنند. ممکن است ده‌ ها شی وجود داشته باشد که بخواهید در یک تصویر مکان ‌یابی کنید تا اشیاء مختلف موجود در آن را شناسایی کنید. این پروژه به شما در انجام همین کار کمک می ‌کند.

روش کار پروژه: اگر به بینایی کامپیوتر در C++ در کنار پروژه‌ های کتابخانه OpenCV علاقه ‌مند هستید، این ایده پروژه را در زبان C++ پیاده‌ سازی کنید. اولین قدم تبدیل تصویر به مقیاس خاکستری خواهد بود . بعد از آن، از تابع threshold() برای تعیین آستانه باینری برای تصویر استفاده کنید، به عبارت دیگر بافت تصویر را ساده ‌تر کنید. حالا می ‌توانید تابع findContours() را برای شناسایی خطوط امتحان کنید.

حتما بخوانید: شغل برنامه نویسی در ایران و خارج (پاسخ به سوالات رایج)

پروژه ‌های OpenCV ساده با کد منبع

در ادامه پروژه ‌های OpenCV جالب با کد های منبع باز را بررسی خواهیم کرد. این پروژه ‌ها با دقت انتخاب شده ‌اند تا از پیاده ‌سازی آن ها در سیستم تان لذت ببرید.

ربات مسیریاب یا OpenCV

مطالعه در مورد ربات‌ های Line Following یا مسیریاب در بین دانشجویان سال اول و دوم مهندسی در مقطع کارشناسی بسیار رایج است . این مبحث به قدری سرگرم ‌کننده و ساده است که گاهی حتی دانش ‌آموزان مدارس هم سعی می‌ کنند تا برای خودشان یکی بسازند.

روش کار پروژه: مراحل اولیه ساخت ربات نیازمند دوربینی است که به چند موتور متصل است. شما همچنین به یک ریز پردازنده مثل رُزبِری پای هم نیاز دارید که کل ساختار را برای تان یکپارچه و کد را اجرا کند. روش کار این پروژه تبدیل تصاویر رنگی گرفته شده در هر فریم به سیاه و سفید، مکان ‌یابی لبه ‌ها برای شناسایی مسیر با استفاده از آشکار ساز لبه Canny و روش‌های تبدیل Hough موجود در کتابخانه OpenCV است.

تشخیص آنی میوه ‌ها

این پروژه یکی از سرگرم ‌کننده ترین پروژه‌ های OpenCV پایتون است که تا به حال انجام شده است. این پروژه در مورد ساختن سیستمی برای تشخیص آنی میوه است. یعنی اگر دوربین تان را روشن کنید و میوه را جلوی دوربین قرار دهید، برنامه باید بتواند میوه را به درستی شناسایی کند.

روش کار پروژه : برای ایجاد چنین اپلیکیشنی باید اول یک الگوریتم یادگیری عمیق مثل YOLOv4 را با تصاویر میوه ‌های مختلف آموزش بدهید. بعد از آن، می ‌توانید این مدل آموزش دیده را با توابع کتابخانه OpenCV ادغام کنید تا دقت این الگوریتم را در طبقه ‌بندی میوه‌ های دیگر آزمایش کنید.

آموزش پردازش تصویر با OpenCV

OpenCV در مورد بازی با تصاویر با اعمال تکنیک ‌های مختلف پردازش تصویر بر روی آن ها است.

شما می ‌توانید با استفاده از کتابخانه OpenCV، صاف کردن تصویر ، آستانه گذاری تصویر، تشخیص لبه Canny، عملیات حسابی روی تصاویر و غیره را انجام بدهید .

دانلود کنید: آموزش همه زبانهای برنامه نویسی رایج

پروژه‌ های جالب OpenCV برای نیمه حرفه‌ای ها

این که در حرفه ‌تان مهارت داشته باشید و دائما برای بهبود مجموعه مهارتهای تان تلاش کنید، واقعا ارزشمند است. پروژه ‌های فهرست شده در این بخش برای حرفه‌ای هایی است که می ‌خواهند درک شان را از برنامه های کاربردی کتابخانه OpenCV افزایش دهند.

سیستم حضور و غیاب دانشجو

این پروژه کمی پیشرفته است و به تخصص نسبتا خوبی در زمینه الگوریتم ‌های یادگیری عمیق نیاز دارد . اما اگر دانش‌ آموزی هستید که می ‌خواهید بر روی یک پروژه چالش برانگیز کار کنید و به دنبال ایده‌ های پروژه ‌های نمایشگاه علمی Opencv هستید، این پروژه بهترین گزینه خواهد بود. ایده این پروژه این است که یک سیستم حضور و غیاب دانش ‌آموزی مبتنی بر بینایی کامپیوتری طراحی شود تا در آن دانش ‌آموز در مقابل دوربین بایستد و در صورتی که چهره‌اش با چهره موجود در پایگاه داده مطابقت داشت، حاضر تشخیص داده شود.

روش کار پروژه: این پروژه از شما می ‌خواهد که اول مدل یادگیری عمیق تان را برای آشنایی با چهره‌ های مختلف در یک کلاس تعریف کنید. بعد از آن، از روش‌ های موجود در کتابخانه OpenCV برای تعامل با فریم ‌های ویدیوی زنده استفاده کنید. سپس فریم ‌ها از طریق کدی ارسال می ‌شوند که چهره‌ ها را شناسایی کرده و سعی می ‌کند با استفاده از الگوریتم‌ های یادگیری ماشینی مثل خوشه ‌بندیK-Means ، آن ها را با موارد موجود در پایگاه داده مطابقت دهد. در نهایت، اگر چهره ‌ها مطابقت داشتند، فرد مربوطه در پایگاه داده حاضر تشخیص داده شود.

برنامه باز کردن قفل با تشخیص چهره

هنگامی که اپل این ویژگی را از طریق آیفون Xاش در سال 2017 معرفی کرد، در صنعت فناوری طوفانی به پا شد! اما در حال حاضر، این ویژگی به یک ویژگی معمولی در تلفن‌ های هوشمند تبدیل شده است و همه این ها به لطف الگوریتم ‌های پیشرفته یادگیری عمیق است . حالا می ‌توانید به راحتی یک برنامه قفل گشا با استفاده از تشخیص چهره برای گوشی تان طراحی کنید تا قفل صفحه با نگاه کردن فرد به صفحه گوشی ‌اش باز شود.

روش کار پروژه : اجرای این پروژه مستلزم استفاده از الگوریتم‌ های یادگیری عمیق هم هست. شما اول آن ها را با نمایه‌ های مختلف چهره کاربر آشنا کرده و بعد در پایگاه داده ذخیره می ‌کنید. بعد با استفاده از عملکرد ضبط ویدیو در کتابخانهOpenCV ، نوبت ضبط فریم ‌ها و اعمال الگوریتم ‌های یادگیری ماشین برای مطابقت با چهره خواهد بود. بعد از تطبیق چهره ‌ها، این برنامه را با سیستم بازگشایی یک دستگاه اندرویدی ادغام کنید.

پروژه‌ های زیست شناسی OpenCV

زیست ‌شناسی یکی از شاخه ‌های علم است که برای این که بتواند به جمع‌ بندی خوب و قابل قبولی در مورد طبیعت برسر، به شدت به کتابخانه‌ های بینایی کامپیوتر متکی است. اگر به پروژه‌ های بینایی کامپیوتری که اسرار پنهان طبیعت را آشکار می ‌کنند، علاقه ‌مند هستید ایده ‌هایی که در ادامه در زمینه پروژه‌ های OpenCV هستند را بررسی کنید.

تشخیص ماسک صورت

همه ما می ‌دانیم که کووید-19 و بیماری های ویروسی مثل آنفلونزا آمده ‌اند تا بخشی از زندگیمان باشند. با این اوصاف زدن ماسک هم جز روتین زندگیمان خواهد بود . پس کار بر روی پروژه تشخیص ماسک صورت OpenCV هم پروژه سرگرم‌کننده و کاربردی خواهد بود.

روش کار پروژه: روش حل این پروژه شامل تعریف یک الگوریتم یادگیری عمیق برای شناسایی صحیح تصاویری است که در آن افراد ماسک صورت شان را پوشانده‌ اند. مرحله بعدی استفاده از OpenCV برای گرفتن فریم ‌های ویدیویی و آزمایش الگوریتم روی آن ها خواهد بود.

چک کننده فاصله‌ اجتماعی

پروژه دیگری که به همه‌گیری کرونا مربوط می‌ شود، برنامه چک کننده فاصله اجتماعی است. برای مقامات دولتی خیلی دشوار است که بخواهند مطمئن شوند شهروندان شان از هنجار های فاصله ‌گذاری اجتماعی پیروی می ‌کنند. برای حل این مشکل، می ‌توان سیستمی طراحی کرد تا هر وقت دو نفر فاصله بهینه را بین خودشان رعایت نکردند ، زنگ هشدار را به صدا درآورد.

روش کار پروژه: برای ایجاد این سیستم، باز هم آموزش یک الگوریتم یادگیری عمیق ضروری است. الگوریتم باید یاد بگیرد که چه طور انسان‌ ها را در یک تصویر شناسایی کند. بعد، باید تنظیمات پیکسل بر حسب فاصله را برای دوربین تان تنظیم کنید. بعد از انجام این کار ، مرحله بعدی تعیین آستانه برای تعداد پیکسل‌ ها بین دو فرد مجاز است. در نهایت، تمام روش ‌ها را بر روی هر فریم از ویدیوی زنده که با استفاده از توابع کتابخانه OpenCV گرفته شده است ، پیاده‌ سازی کنید.

گورخر ماهی

گورخر ماهی، ماهی‌ های منحصر به فردی هستند که اکثر اعضای بدن شان شبیه به انسان است. این موجودات در میان جامعه تحقیقاتی روانشناسانی که در مورد شباهت ها و تفاوت های رفتاری ماهی‌ ها با انسان ‌ها کنجکاو هستند، خیلی محبوب هستند.

روش کار پروژه : اگر دانشجوی زیست شناسی هستید، این پروژه مبتنی بر OpenCV احتمالا برای تان جالب خواهد بود. می‌ توانید از کتابخانه OpenCV برای زیر نظر گرفتن رفتار ماهی نسبت به غذا استفاده کنید. ماده غذایی را در نزدیکی مخزن ماهی‌های گورخری قرار دهید و از OpenCV برای تجزیه و تحلیل رفتار آن ها استفاده کنید. این پروژه یک ایده ساده است. می ‌توانید خلاق ‌تر باشید و پروژه‌ های پیچیده‌ تری طراحی کنید تا بیشتر از رفتار آن ها سر در بیاورید.

تشخیص پنومونی

پنومونی یک نوع بیماری ریوی است که کیسه ‌های هوایی این اندام را تحت تاثیر قرار می ‌دهد. پزشکان معمولا برای تایید وجود این بیماری از بیمار عکس قفسه سینه می‌ خواهند. تشخیص را می ‌توان با استفاده از تکنیک ‌های بینایی کامپیوتری آسان کرد.

روش کار پروژه : می ‌توانید از کتابخانه OpenCV برای کار با تصاویر اشعه ایکس استفاده کنید و سپس یک الگوریتم یادگیری عمیق را آموزش بدهید تا نحوه طبقه ‌بندی اشعه ایکس بیماران مبتلا به ذات الریه و موجودات سالم را یاد بگیرد.

سایر ایده ‌های OpenCV

همان طور که حتما متوجه شده ‌اید، بسیاری از پروژه ‌های ذکر شده نیاز به استفاده از الگوریتم ‌های یادگیری عمیق دارند. اگر در بینایی کامپیوتر مبتدی هستید و می ‌خواهید یادگیری عمیق را از اول بیاموزید ، پروژه ‌های یادگیری عمیقی که برای مبتدیان مناسب هستند را در اینترنت جستجو کنید. اما 4 ایده کاربردی دیگر در ویدیوهای زیر را برای تان گلچین کرده ایم:

بسیار کاربردی: 3 روش کاهش حجم ویدیو تا 10 برابر بدون افت کیفیت