technofeelit 
עיבוד אותות למתחילות
כשמהנדסות אומרות "אותות" או "signals" באנגלית, הן מתכוונות לכל גירוי בעולמנו שניתן לקלוט בעזרת החושים שלנו או בעזרת גלאים (sensors) מלאכותיים. העולם מלא בסוגי אותות שונים, את חלקם הגדול איננו מסוגלות לקלוט בחושינו המוגבלים. למשל, אותות מסוג גלי קול בתדרים מסוימים אנו מסוגלות לקלוט בעזרת חוש השמיעה. גלי קול שהם מתחת לתדר הנמוך ביותר שאוזן אנושית מסוגלת לשמוע (כ-20 הרץ) או מעל לתדר הגבוה ביותר (כ-20,000 הרץ) פשוט לא יקלטו על ידנו. זו הסיבה שבגללה כלבים או חתולים מגיבים לעיתים בצורה שנראית מוזרה, רק בגלל שהם שמעו קול שלא ניתן לשמוע באוזן אנושית. בדומה לחוש השמיעה כך גם חוש הראייה רגיש לטווח מסויים של קרני אור (מכונה טווח "האור הנראה"), וכך גם חוש הריח, חוש המישוש, וחוש הטעם. אותות רבים אותם איננו מסוגלות לקלוט, קולטים עבורנו מכשירים המיועדים לכך.
למה שמישהי תרצה לעבד אותות?
עיבוד אותות הוא מה שמתווך בין העולם החיצוני והאותות ש"מסתובבים" בו, לבין הייצוג שלהם אצלנו במוח או על גבי צג המחשב. אותות גולמיים (raw signals) הם חסרי משמעות ללא ייצוג מתאים, חסרי משמעות כמו אותם אותות שאיננו מסוגלות לקלוט בעזרת החושים. דמיינו אזעקה שמושמעת בתדר גבוה מזה שיכול להיקלט על-ידי האוזן האנושית. אזעקה כזו תהיה חסרת משמעות עבורנו, מכיוון שלא נצליח לחוש בה. משמעות הדבר היא, שלא יקלטו במוחנו אותות המבשרים על גירוי חריג בעולם, ולא ננקוט בפעולה מתאימה. אם יהיה ברשותנו גלאי שמסוגל לקלוט את האזעקה, ואותו גלאי יהיה מחובר למערכת התרעה, או אז אותות האזעקה יהיו משמעותיים עבורנו. לכן במקרים רבים היכולת לקלוט אותות ולעבד אותם היא קריטית במובנים רפואיים, בטחונים ואזרחיים. למעשה עיבוד אותות מקיף אותנו בכל מובן אפשרי, עד כדי כך שקשה לדמיין את החיים המודרניים בלי היכולת הזו.
מהו עיבוד אותות בעזרת החושים הטבעיים?
כאשר קרן אור נכנסת לעין, ישנם קולטנים מיוחדים שמסוגלים לחוש בכך. קולטנים אלו הרגישים לאור נקראים רצפטורים (receptors). הם אחראים על העברת המידע על כך שהתקבלו אותות של אור בעין ל"תחנה" הבאה במוח. המידע עובר במספר "תחנות" במוח, בהן הוא מעובד. חלק מהעיבוד מערב זיכרונות של דברים שראינו בעבר, כך שתמיד התמונה שמתקבלת בסופו של דבר במוח היא לא נקייה מפירושים שהמוח שלנו מוסיף. ולכן, כדאי לפקפק גם ב"מראה עיניים" מפני שהמוח שלנו לא יכול להתאפק מלהוסיף את הפרשנות הסובייקטיבית שלו למה שאנחנו רואות.
בדומה לחוש הראייה גם חוש הריח חוטא בהוספת הפירושים שלו לריח הנקלט בקולטני האף. המערכת שאחראית על הריח במוח נמצאת בסמיכות למערכות שקשורות ברגשות, ולכן אותות של ריח מקושרים אצל בני אדם שונים לרגשות שונים. אישה מסוימת עשויה להיות מוצפת ברגשות חמים כאשר היא מריחה ריח של מאכל מסוים, כי מאכל זה מזכיר לה את בית הוריה. לעומת זאת חברתה עשויה ללקות בבחילה עזה בתגובה לאותו ריח בדיוק, מפני שבעבר אכלה מאכל כזה מקולקל ובעקבותיו נתקפה בקלקול קיבה.
מהו עיבוד אותות בעזרת התקנים טכנולוגיים?
אנו מוקפות באמצעים טכנולוגיים שמבצעים עבורנו עיבוד אותות: טלפונים, מצלמות, חיישני נסיעה לאחור, ועוד. מכשירים כאלו מסוגלים לקלוט אותות מהסביבה, ובעזרת עיבודים שונים לתת להם משמעות רצויה. לדוגמא, מסננים (פילטרים) דיגיטליים שונים שמופעלים על תמונות, וגורמים לאפקט רצוי מסוים. מה קורה למעשה? התמונה המקורית עוברת תהליך של עיבוד אותות, שנקרא במקרה של קלט ויזואלי "עיבוד תמונה". במהלכו אנו מעבירים את התמונה דרך אלגוריתמים שמשנים את תכונותיה של התמונה. האפקטים שנראה הם למשל: החלקה, זיהוי והדגשה של קצוות, שינוי צבעים, הפיכת התמונה לשחור-לבן, ועוד. לעיתים מטרת עיבוד התמונה היא אסטטית בלבד, ולעיתים מטרת עיבוד התמונה היא "להכין" את התמונה לאלגוריתמים הבאים בתור. למשל, אלגוריתמים שמטרתם לזהות אלמנטים מסוימים בתמונה, כמו פרצופים.
איך עיבוד אותות יכול להציל חיים?
אחד האותות הרפואיים המפורסמים ביותר הוא האות החשמלי של הלב, הלא הוא אות האק"ג. האות הזה נמדד בעזרת אלקטרודות המוצמדות לחזה, והוא מראה לנו כיצד המתח החשמלי של הלב משתנה לאורך זמן. כשמציירים את אות האק"ג לאורך ציר הזמן, ניתן להבחין בדוגמא קבועה פחות או יותר שחוזרת על עצמה בצורה מחזורית. צורת האות בחלקיה השונים מייצגת חלקים שונים בפעימת לב בודדת, הכוללת התכווצות עליות, התכווצות חדרים ועוד. רופאה מומחית יכולה לזהות בעזרת אות האק"ג שהוקלט מחולה, בעיות בפעילות הלב וכך להציע טיפול מתאים. אותות נוספים המשמשים רבות באבחון רפואי הם אות ה-MRI, אות ה-CT ואות ה-EEG. ההבדל העיקרי בין אות האק"ג וה-EEG לבין השניים האחרים הוא שהראשונים נוצרים מאות חשמלי שמקורו בגוף האדם, ואילו האחרונים מקורם באות שהופק על-ידי מקור חיצוני, ומה שמוקלט הוא אותו האות לאחר אינטראקציה עם גוף האדם.
מדוע אותות הפוליגרף ("מכונת אמת") שנויים במחלוקת
בשונה משיטות כמו אק"ג ו-EEG שמודדות אותות פיזיולוגיים של הגוף במטרה לנתר את פעילות הגוף באופן ישיר, שיטת הפוליגרף מודדת אותות פיזיולוגיים שונים במטרה להסיק מתוכם האם האדם הנבדק דובר אמת או שקר. מכשיר הפוליגרף מנטר מדדים כמו לחץ דם, דופק, הזעה ומוליכות העור על מנת להסיק האם מדובר בדוברי אמת או שקר. משמעות הדבר היא שמדובר במדידה עקיפה ולא ישירה, פשוט מפני שאמת ושקר לא ניתנים למדידה פיזיולוגית. לכן הניסיון להתייחס לפוליגרף כבדיקת אמינות אבסולוטית היא בעייתית, וכל תוצאה היא בבחינת פרשנות של מדדים פיזיולוגיים לטובת הסקה על נושאים מורכבים יותר.
איך עיבוד אותות יכול לעזור לי?
רובנו משתמשות באופן נרחב בעיבוד אותות מבלי לתת את הדעת על כך. אפליקציות רבות משתמשות בפילטרים למיניהם שמטרתם להפוך את התמונות שצלמנו למוצלחות יותר. פילטרים אלו מיושמים כאמור על ידי עיבוד אותות מסוג עיבוד תמונה. המצלמות עצמן של רוב הטלפונים הסלולריים היום כוללות עיבוד תמונה מובנה ברמת המצלמה, על מנת לקבל איכות תמונה טובה יותר בעיני המשתמשות. שילוב כזה יהיה טוב מספיק לטובת שימושים אישיים, אך במצלמות מקצועיות נרצה להפריד בין שלב רכישת התמונה, לבין שלב עיבוד התמונה. הסיבה להפרדה נעוצה בכך שכל עיבוד אותות או עיבוד תמונה כרוך בהכרח באיבוד מידע שנאסף בתמונה המקורית. כלומר, כאשר אנו מבצעות עיבוד תמונה, המשמעות היא שינוי של המידע הקיים בתמונה. ולכן במידה והמידע הראשוני חשוב לנו, יש צורך להיות מודעות לכך. לדוגמא, אם בתמונה המקורית קיימים אלמנטים קטנים מאוד שהם חשובים לנו, יש לדעת שסוגים מסוימים של עיבוד תמונה עלולים "להעלים" את אותם אלמנטים, ולכן חשוב להתאים את עיבוד התמונה למטרותינו. בכל אופן, כל עוד מטרות עיבוד התמונה הן אסטטיות בלבד (כלומר, שהתמונה "תראה טוב"), אין צורך לחשוש.
כל אחת יכולה: תוכנות לעיבוד אותות בחינם
עם עליית כוח העיבוד של המחשבים האישיים, התפתחו האפשרויות הביתיות של כל אחת להשתמש בעיבוד אותות בצורה ביתית ונגישה. לצד תוכנות מקצועיות ויקרות המקובלות בתעשייה, ישנן לא מעט תוכנות חינמיות שיכולות לתת תוצאות טובות ואפילו מצוינות בלי להוציא שקל מהכיס (אולי למעט קבוצת גמילה במקרה של התמכרות..). בין אם את צלמת חובבת, גיקית מחשבים או מוסיקאית, על מנת להוציא יצירה ראויה תחת ידייך סביר שתרצי לעשות שימוש ולו מינורי בתוכנת עיבוד אותות. תוכנות לעיבוד תמונה ותוכנות לעיבוד קול קיימות ובועטות ברשת, נשאר רק למצוא את זו שמתאימה לך.
תוכנות חינמיות לעיבוד תמונה
PAINT.NET – תוכנה יחסית פשוטה מבחינת מספר האפשרויות שהיא מציעה, אך חזקה ונפוצה. להורדה.
GIMP – תוכנה מרובת אפשרויות, החינמית שאולי הכי דומה לפוטושופ. למקצועניות שביננו ולמי שמעוניינת להשקיע זמן בלימוד של התוכנה, שאיננה אינטואיטיבית במיוחד. להורדה.
PIXLR – לבעלות הנטיות האמנותיות. אפשרויות רבות לאפקטים בסגנון "אינסטגרם", מובטחות שעות רבות של כיף והנאה. להפעלה באתר.
תוכנות חינמיות לעיבוד קול
Audacity – תוכנה חינמית וכיפית לכל מי שמעוניינת בהקלטה ביתית של קול. מאפשרת הקלטה במספר ערוצים, כך ניתן למשל להקליט כלי נגינה, ובערוץ מקביל להקליט שירה. בין אם את זמרת, נגנית, או מקריינת לפודקאסט, התוכנה הזו נותנת אפשרויות רבות ותוצאות טובות. להורדה.
Wavosaur – תוכנה פשוטה וקלה יותר מקודמתה, מתאימה להקלטה ועריכת קול בצורה יחסית אינטואיטיבית ועדיין מכילה כלים שימושיים רבים. להורדה.
במגרש של הגדולות
מי שהפרוטה והזמן שוכנים בכיסה, תוכל לפנות לאמצעים מקצועיים, מתקדמים ויקרים הרבה יותר. בתחום עיבוד תמונה שוכנת לבטח תוכנת Photoshop, שהפכה מזמן למילה נרדפת לעיבוד תמונה (לא תמיד במובן החיובי של המילה). זו התוכנה המקצוענית הנפוצה ביותר והיא מקובלת מאוד בתעשייה. אין עוררין על התוצאות שהיא מסוגלת לספק, אך רצוי לקחת בחשבון שעל מנת להשיג תוצאות מעולות יש להשקיע לא מעט בלימוד הפונקציות המרובות שלה. שימוש בה כרוך ברכישת רישיון בעלות לא מבוטלת של 35 ₪ עד 70 ₪ בחודש, בהתאם לתוכנית המבוקשת.
בתחום ההנדסי שולטת ביד רמה תוכנת Matlab, שנמצאת בשימוש רחב הן באקדמיה והן בתעשייה. תוכנה זו מאפשרת כתיבת קוד לשימושים רבים, ביניהם עיבוד אותות. כמו כן התוכנה תומכת ביצירת ממשק משתמש (GUI) שמאפשר יצירת תוכנות עצמאיות (stand-alone), כלומר תוכנות שניתן לאחר מכן להפעיל באופן עצמאי ללא צורך ברישיון לתוכנה. העלות של רישיון משתנה בהתאם לסוג שלו, אך מדובר בעלות יקרה וגם בתעשייה לעיתים "מתקמצנים" על רישיונות ומשתמשים בפטנטים כמו רישיונות צפים על מנת לחסוך בעלויות.
הצטרפי לחגיגה
לסיכום, בין אם ברמת תחביב ובין אם לצרכים מקצועיים, שווה להכיר את האפשרויות שעיבוד אותות פורש בפנינו. עיבוד תמונה ועיבוד קול יכולים לשרת אותנו במגוון תחומי עניין, החל מעיצוב ברכת יום הולדת לסבתא וכלה בהקלטה של שיעורים מקצועיים. במיוחד הדבר תקף עבור מי שמעוניינת לצאת לדרך עצמאית כזו או אחרת, ורוצה לבסס נוכחות ברשת.
רוצות ללמוד עוד על דברים שמהנדסות אומרות? הרשמו כאן ומבטיחה לעדכן:
*הפוסט נכתב בלשון נקבה אך מיועד לנשים, גברים ומגדרים אחרים בצורה שווה.
