Видеоинструкции по использованию ImageJ. Содержание и ссылки.

ImageJ - бесплатный инструмент для тех, кто занимается количественным анализом изображений и их обработкой, в первую очередь в области микроскопии. Наверное, не ошибусь, если скажу, что большинству микроскопистов это название знакомо. Некоторое время назад, стремясь сократить усилия, затрачиваемые на объяснение, где в этой программе, какая кнопка, я записал серию видео, поясняющих основной функционал и принципы работы для тех, кто только начинает пользоваться этим инструментом и не может осилить документацию на английском языке. Всего получилось около 5 часов видео, для тех, кто не знаком с программой совсем, этого должно хватить. Однако, как я понял со временем, довольно значительное количество людей ищут справочную информацию по конкретным отдельным функциям, и для них важна возможность быстрого поиска по материалам. Поэтому здесь я решил собрать что-то вроде оглавления с краткими пояснениями к видеороликам, чтобы облегчить поиск. Метки времени для всех видеосюжетов даны ниже с разбивкой по темам:

• Введение
• 1. Начало работы и понятие изображения
• 2. Гистограмма уровней
• 3. Способы выделения области для анализа
• 4. Наложения
• 5. Калибровка размеров
• 6. Измерения в ImageJ
• 7. Профили и графики
• 8. Калибровка уровней серого
• 9. Обработка изображений (основные операции)
• 10. Обработка изображений (фильтры)
• 11. Бинарные изображения
• 12. Обработка серий изображений, операции с несколькими изображениями
• 13. Преобразования Фурье (FFT) изображений
• 14. Автоматический поиск и сегментация
• 15. Стеки и гиперстеки
• 16. Автоматизация, макросы и плагины

Введение

Начинается серия с видео № 0, по сути вводного пояснения, что такое ImageJ, что такое Fiji, откуда их скачать, как запустить и для чего применять.

1. Начало работы и понятие изображения

В видеоролике №1 можно узнать о начале работы и об основных типах изображений:

• Как открыть изображение,
• Об особенностях команды "Отменить" (Undo) в ImageJ
• Как восстановить исходное изображение" (Revert)
• Как сделать его дубликат (Duplicate)
• Какую информацию можно видеть в окне изображения и строке состояния главного меню
• Что такое цифровое изображение, в частности 8-битное
• Типы изображений
• Как изменить тип изображения в ImageJ
• Как получить таблицу численных значений, соответствующих уровням серого
• Цветное изображение и цветовое пространcтво RGB
• Преобразование черно-белого изображения в цветное
• Преобразование цветного изображения в черно-белое
• Где настраиваются преобразования типов изображений
• Как разделить цветное изображение на отдельные каналы (Split Channels)
• Как несколько черно-белых изображений объединить в цветное (Merge Channels)
• Композитное изображение, и как его составить из нескольких черно-белых изображений
• Преобразование цветного изображения в композитное и обратно
• Преобразование изображения из RGB в HSB и обратно
• Как уменьшить количество оттенков цветов на изображении

2. Гистограмма уровней

Имея представление об основных типах изображений и переходах от одного типа к другому, кажется уже можно начинать применять всю мощь программы для анализа и обработки. Однако, чтобы понимать, о чем дальше пойдет речь, необходимо еще разобраться, что такое гистограмма. Поэтому в видеоролике №2 объясняется:

• Что такое гистограмма уровней серого и как ее посмотреть в ImageJ
• Какие статистические параметры изображения показаны на гистограмме
• Что отображается на гистограмме цветного изображения
• Как включить обновляемую в реальном времени гистограмму, посмотреть гистограмму в логарифмическом масштабе, скопировать и сохранить ее данные.

3. Способы выделения области для анализа

Первый шаг в анализе и обработке изображения - это выделение интересующей области. Поэтому из видеоролика №3 можно узнать:

• Какие есть стандартные инструменты выделения в ImageJ
• Как менять размеры и форму выделенной области
• Какие параметры выделенной области отображаются в строке состояния
• Как работают отдельные инструменты выделения площади: скругленный и повернутый прямоугольник, овал и эллипс, а также кисть, с помощью которой можно редактировать границы выделения, выделение многоугольника и свободное выделение "от руки".
• Как работает выделение вдоль линий (прямая, ломаная, "от руки")
• Как выделять отдельные точки (пиксели)
• Как работает автоматическое выделение по уровню серого ("Волшебная палочка")
• Какие есть возможности редактирования выделения в меню "Edit"
• Как работает выделение по порогу уровня серого на черно-белом изображении и выделение по порогам на цветном изображении
• Что такое менеджер выделенных областей в ImageJ, как добавить в него выделения, как редактировать и сохранять их отдельно от изображения.

4. Наложения

В видеоролике №4 речь идет о наложениях (наложенных слоях), которые могут быть использованы для указателей, маркеров и комментариев, а также преобразованы в выделенные области, а именно:

• Как добавить элемент (стрелочку) в наложенный слой, как добавить текст, и что вообще такое наложение
• Как скрыть, показать, удалить и сохранить наложения.
• Как преобразовать наложения в выделенные области и обратно
• Как редактировать наложения
• Как сохранить выделения на изображении с помощью наложений
• Как добавить изображение в наложение

5. Калибровка размеров

Для измерения и анализа размеров и разных геометрических параметров, как правило, нужно откалибровать размер изображения в единицах длины. Этому посвящен видеоролик №5:

• Как откалибровать размеры на изображении по объекту известного размера
• Как добавит на изображение масштабную метку

6. Измерения в ImageJ

Выбрав интересующие нас области на изображении, и откалибровав размеры, можно наконец начинать измерения в ImageJ. В видеоролике №6 содержится:

• Выбор измеряемых величин, и измерения в ImageJ
• Измерения по линейным выделениям
• Измерение углов
• Измерение по выделенным точкам
• Измерение статистических параметров уровня серого
• Центроид и центр масс выделенной области
• Измерение геометрических параметров выделенной области (площадь, периметр, округлость, аппроксимация эллипсом и т.д.)
• Измерение прочих статистических параметров (интегральная яркость, моменты 3-го и 4-го порядков)
• Измерение доли занимаемой площади по порогу уровня
• Дополнительные возможности (измерения по порогу, добавление в наложение, измерение с другого изображения)
• Измерения по нескольким выделенным областям
• Работа с таблицей полученных результатов
• Средние значения по полученным результатам
• Статистическое распределение одного из измеренных параметров
• Сортировка полученных результатов измерений
• Измерения с цветными изображениями

7. Профили и графики

Одной из часто возникающих задач при измерении вдоль линии является построение профиля измеренного сигнала в виде графика. В ImageJ и другие полученные результаты измерений могут быть представлены в виде графиков. Из видеоролика №7 можно узнать:

• Как построить профиль сигнала вдоль линии
• Как построить график из результатов измерения
• Как сделать профиль сигнала обновляемым в реальном времени
• Как сохранять или копировать данные с графика
• Как добавить на график линию по данным из таблицы с результатами измерений
• Как добавить на график линию с другого графика
• Как можно аппроксимировать полученный график аналитической функцией
• Как настроить внешний вид графика. Как использовать график в качестве шаблона оформления для других графиков. Как сбросить или зафиксировать настройки графика и как изменить его разрешение
• Где настраиваются параметры профилей и графиков по умолчанию

8. Калибровка уровней серого

Все измерения, описанные выше, оперируют с уровнями серого, однако иногда возникает необходимость проводить измерения в физических величинах, которые связаны с уровнем серого однозначно. Для этого требуется калибровка уровней серого. Из видеоролика №8 можно узнать:

• Как используя эталон для калибровки уровней серого, провести процедуру калибровки
• Чем отличаются результаты измерений на изображении с откалиброванным уровнем серого
• Как использовать калибровки уровня серого для нескольких изображений, полученных в одинаковых условиях
• Как добавить на изображение шкалу уровней серого

9. Обработка изображений (основные операции)

Разобравшись с измерениями, можно переходить к обработке изображений. Простейший вариант обработки подразумевает изменение значения уровней каждого пикселя независимо от других пикселей. Таким операциям обработки посвящен видеоролик №9, из которого можно узнать:

• Как обрезать изображение в ImageJ, как изменить размер холста и как изменить размер изображения
• Как повернуть или сдвинуть изображение
• Как настроить яркость и контраст, и как работает нормализация и выравнивание гистограммы
• Как выполнять в ImageJ простые математические операции (сложение, вычитание константы, умножение и деление на константу)
  и какие математические операции выполняют удаление и заливка
• Как работают побитовые логические операции (AND, OR, XOR) с изображением
• Как ограничить минимальный и максимальный уровень серого
• Как применить к изображению нелинейные математические функции (логарифм, экспонента, корень, степенная функция - гамма)
• Как применить макрокоманды для математической обработки с помощью функций, зависящих от координаты
• Чем отличается применение математических функций к изображениям с откалиброванным уровнем серого

10. Обработка изображений (фильтры)

Более сложным способом обработки является применение сверток - математических операций, результат которых зависит не только от уровня серого обрабатываемого пикселя, но и от уровня серого других пикселей. Такие операции, как правило, называются фильтрами. В видеоролике №10 объясняется:

• Что такое свертка, ядро свертки и как выглядит ядро для усреднения 5х5 пикселей
• Как работают фильтры сглаживания изображения (Smooth, Mean, Gaussian Blur)
• Как работают фильтры повышения резкости (Sharpen, Unsharp Mask)
• Как работают фильтры дифференцирования и выделение резких переходов на изображении
• Как работает добавление теней к изображению
• Что такое фильтр Собеля, и как работает поиск краев и границ на изображении (Find Edges)
• Как редактировать ядро свертки
• Что такое маска, применяемая в фильтрах ImageJ, и чему соответствует ее радиус
• Как работают основные фильтры статистической обработки (среднее, медиана, минимум, максимум, разброс)
• Как работают фильтры для добавления и удаления шума
• Что происходит при использовании фильтров с изображениями с откалиброванным уровнем серого

11. Бинарные изображения

Прежде чем перейти к более сложной обработке изображений, необходимо познакомится с бинарными изображениями и операциями с ними. В видеоролике №11 объясняется:

• Что такое бинарные изображения в ImageJ,
  как их создавать из выделения (Create Mask) и с помощью порога.
  Как работает автоматическое и настраиваемое преобразование изображения в бинарное (Make Binary)
• Какие операции можно выполнять с бинарными изображениями: Изменение границ (Erode, Dilate, Open, Close, Outline).
  Заполнение пустот (Fill Holes) и выделение остова (Skeletonize).
• Как применить одну операцию многократно
• Что такое карта расстояний, и как ее построить в ImageJ
• Как выделить точки, наиболее удаленные от границ
• Что такое сегментация методом водораздела (Watershed) в ImageJ
• Что такое мозаика Вороного и как это работает в ImageJ

12. Обработка серий изображений, операции с несколькими изображениями

Разобравшись с бинарными изображениями можно приступить к теме обработки нескольких изображений. В видеоролике №12 говорится о том:

• Как обработать серию из нескольких изображений или провести по ним измерения
• Как применить к серии изображений макрос
• Как выполнить математические операции с несколькими изображениями (Image Calculator).
  Сложение двух изображений.
  Сложение черно-белого и цветного изображений
• Какие математические операции могут выполняться при копировании и вставке

13. Преобразования Фурье (FFT) изображений

Теперь можно перейти к описанию более сложных математических операций, в частности преобразования Фурье (FFT). Этому посвящен видеоролик №13. Представленная информация не может считаться строгим объяснением преобразования Фурье, и алгоритма быстрого преобразования Фурье, однако поможет сформировать представление о Фурье-образе изображения и возможностях его применения, а именно:

• Как работает преобразование Фурье в случае изображений
• Что отображается в окне Фурье-образа в ImageJ
• Как использовать Фурье-образ для фильтров.
  Полосовой Фурье-фильтр.
  Пользовательский Фурье-фильтр.
• Как посмотреть комплексные компоненты Фурье-образа и результат преобразования Хартли
• Какие математические операции с Фурье-образами можно выполнять (Корреляция, свертка, обратная свертка - деконволюция)

14. Автоматический поиск и сегментация

На следующем этапе можно изучать автоматические операции поиска и сегментации в ImageJ. Из видеоролика №14 можно узнать:

• Как найти максимумы на изображении, и разбить изображение на области, содержащие по одному максимуму
• Как анализировать частицы по пороговому уровню серого
  Как добавить частицы в менеджер выделенных областей
  Что можно вывести на изображение при анализе частиц (границы частиц, эллипсы, бинарная маска)
• Как добавить границы и маски на изображение частиц
• Как выровнять неравномерный фон, чтобы выполнить выделение по порогу

15. Стеки и гиперстеки

Следующим сложным объектом являются многомерные изображения, серии изображений в зависимости от времени и т.п., так называемые называемые стеки и гиперстеки. Из видеоролика №15 можно узнать:

• Что такое стеки
• Какие есть функции работы со стеками: Добавление и удаление срезов.
  Разложение стека на изображения и составление из изображений.
  Дубликат и масштабирование стека.
  Обрезка стека.
• Как применяются функции и фильтры к стеку.
  3D фильтры для стеков.
• Как выполняются операции со стеками в калькуляторе изображений
• Как проводится калибровка масштаба и уровня серого в стеке
• Как добавить наложения к срезу и стеку
• Как проводить измерения по срезу и по стеку.
  Как построить по ним профиль.
• Как смонтировать изображение из всех срезов стека
• Как просмотреть стек сразу в трех проекциях (ортогональный вид)
• Как спроецировать стек на плоскость
• Как сделать 3D реконструкцию по стеку
• Как получить статистику данных по стеку
• Как сделать анимацию стека и сохранить видео
• Прочие инструменты стеков и гиперстеки.

16. Автоматизация, макросы и плагины

В финальном для этой серии видеоролике №16 речь идет об автоматизации рутинных операций, написании макросов и установке плагинов для ImageJ:

• Что такое макросы в ImageJ
• Как записать последовательность нажатия кнопок пользователем в виде макроса
• Как запустить сохраненный макрос
• Как добавить макрос в меню
• Как применить макрос к нескольким изображениям
• Где найти информацию об основных функциях макроязыка ImageJ
• Где искать доступные готовые макросы
• Что такое плагины в ImageJ
  Как устанавливать плагины и добавлять их в меню