Во многих отраслях науки, таких как материаловедение, география, астрономия, биология и медицина необходимо обрабатывать и анализировать большое количество фотографий.
Платформа ImageJ для работы с изображениями бесплатна и имеет обширный функционал, который можно подстроить под самые разнообразные запросы. В этой статье мы расскажем о возможностях, которые программа предоставляет ученым.
1. Что такое ImageJ?
Программа ImageJ предназначена для анализа и редактирования изображений. Имеет открытый исходный код. Работает как онлайн-программа или приложение, устанавливаемое на персональный компьютер. Интерфейс англоязычный.
Приложение работает на платформах Windows XP/Vista/7/8/8.1/10 (32 и 64 бит), Mac OS, Mac OS X и Linux.
ImageJ работает с 8-, 16- и 32-битными файлами в форматах JPEG, PNG, BMP, TIFF, GIF, DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine — отраслевой стандарт для медицинских снимков) или FITS (Flexible Image Transport System используется в науке, сохраняет метаданные изображений). Также программа может обрабатывать RAW-файлы, содержащие все данные с матрицы фотоаппарата или смартфона.
Программа поддерживает установку дополнительных плагинов, что значительно расширяет ее функциональные возможности. Например, если базовая версия не работает с нужным вам форматом, плагин поможет решить эту проблему.
ImageJ может обрабатывать одновременно несколько изображений, каждое из которых открывается в новом окне. Количество файлов, с которыми программа работает параллельно, лимитируется объемом оперативной памяти вашего компьютера. В начале работы рекомендуется увеличить объем памяти доступной приложению. Для этого перейдите в раздел Edit-Options-Memory.
Важно! Не устанавливайте значение, превышающее 75% оперативной памяти вашего компьютера. Объем оперативной памяти можно проверить через: Пуск — Панель управления — Система и безопасность — Система.
2. Что умеет делать ImageJ?
Исходный функционал ImageJ направлен на обработку изображений, их редактирование и анализ. Кроме того, программа выполняет специальные задачи:
- Рассчитывает площади плоских фигур нерегулярной формы.
- Определяет значения пикселей в выделенной области изображения.
- Масштабирует, вращает и переворачивает изображения.
- Уменьшает шум с помощью медианной фильтрации.
- Оценивает углы и расстояния.
- Обнаруживает края.
Анализ микроструктур с помощью программы ImageJ позволяет проанализировать механические свойства сплавов; определить размер и объемную долю частиц армирующей фазы; оценить сложные размерно-топографические параметры, которые не поддаются стандартным методам цифровой микроскопии (например, неравномерность распределения включений, определение размера пор и распределение их диаметра в зависимости от количества в нанопористых материалах).
Программа используется для подсчета размеров колоний и площадей биопленок в микробиологии, для оценки усадки альгинатных оттисков в ортопедической стоматологии и т.д.
ImageJ может приблизить или уменьшить изображение до 32 раз. При этом сохраняется возможность проводить все операции по его обработке и анализу.
Программа построена по принципу конструктора: базовый функционал расширяется за счет установки дополнительных надстроек в соответствии с запросами пользователя. Достоинство такой структуры состоит в том, что интерфейс программы не перегружен бесконечным количеством инструментов, большинство из которых вы не используете никогда.
Определенные преимущества имеет открытый исходный код: если нужного вам инструмента пока что нет, написать соответствующий плагин или макрос можно самостоятельно.
3. Другие программные пакеты ImageJ.
Для тех, кто не хочет заморачиваться с программированием, существует готовая версия Fiji для работы с научными изображениями. Она нацелена на регистрацию изображений, сшивание, сегментацию, извлечение объектов и
3D-визуализацию. Достоинства Fiji с точки зрения пользователей:
- простая установка и обновление;
- встроенное меню плагинов;
- встроенное программное обеспечение для корректной работы программ на Java (Java runtime);
- интерфейс для работы с 3D-файлами (Java 3D);
- исчерпывающая документация для поддержки пользователя.
µManager — программный пакет для управления автоматизированными микроскопами. Имеет функционал:
- замедленной съемки;
- формирования многоканального изображения;
- создания стопок снимков.
Возможна комбинация этих элементов.
Salsa — ПО, направленное на обработку изображений и их анализ, адаптированное для профессиональных астрономических снимков.
Bio7 — среда для разработки экологических моделей с основным акцентом на индивидуальное моделирование и пространственно-эксплицитные модели.
4. Как расширить базовый функционал ImageJ?
Макросы позволяют автоматизировать сложные действия, требующие многократного повторения. ImageJ имеет инструментарий для записи макрокоманд, который позволяет оптимизировать операции рисования, выделения-копирования-вставки элементов картинки, вызова команд, использования функций.
Функциональные возможности программы расширяются за счет плагинов. Скачать их можно с официальной страницы ImageJ или со сторонних сайтов. Если у вас есть навыки программирования, встроенный редактор плагинов и компилятор Java позволяют разработать собственные программные модули на все случаи жизни.
С помощью плагинов вы сможете:
- использовать разнообразные фильтры для обработки изображений (размытие по Гауссу, фильтр Калмана и др.);
- получить инструменты для создания и редактирования изображений (рисование фигур, выделение, работа с кистью, анимация);
- создавать трехмерные модели объектов от микроскопических образований до рентгеновских снимков;
- проанализировать снимки (корреляция изображений, анализатор текстур, измерение фрактальной поверхности и т.д.);
- предоставить ImageJ прямой доступ к устройствам (например, камерам и сканерам) и создаваемым с их помощью снимкам;
- манипулировать цветом (цветовой анализ изображений, извлечение цветов, подсчет пикселей определенного цвета, изменение цветовой модели и работа с цветовыми моделями);
- конвертировать изображение в другой формат;
- изменять интерфейс ImageJ, например объединять открытые изображения в группы.
Также с помощью плагинов можно открывать, редактировать и анализировать изображения специальных форматов. Это далеко не полный перечень дополнительных возможностей для расширения функций ImageJ с помощью программных модулей.
5. Как работает и как пользоваться ImageJ?
Инструменты и команды, которые часто используются, вынесены на главную панель ImageJ:
Открыть нужный файл можно через меню File-Open (открывает стандартные форматы), File-Import (открывает изображения с помощью плагинов) или простым перетаскиванием файла на панель ImageJ.
Важно! Плагин Bioformats открывает практически все известные типы файлов.
После скачивания плагина его нужно поместить в папку ImageJ — plugins и затем перезапустить программу. Если вы пользуетесь большим количеством плагинов, внутри папки можно создавать вложенные папки. В программе Fiji плагины для решения множества разнообразных задач уже установлены.
Если вам нужно показать масштаб, измерить объект или создать проекцию, файл нужно откалибровать (задать значение пикселя). Информация о размере пикселя находится в Image — Show Info:
Важно! При конвертации файла информация о размере пикселя может теряться или искажаться. Всегда сохраняйте исходные неконвертированные изображения.
Размер пикселя в ImageJ задается через Image — Properties. Чтобы применить заданную калибровку ко всем открытым файлам, поставьте галочку на Global:
Если вам нужно выбрать на разных файлах область с определенными параметрами, задайте размер и положение выделенной области через Edit-Selection-Specify.
Добавьте зону в ROI Manager через Analyse-Tools-ROI Manager с помощью команды Add. Чтобы выделить ту же зону на другом файле, кликните по изображению и выбирайте в ROI Manager нужное название или номер:
С помощью ROI Manager фрагмент изображения можно сохранить и открыть в другом окне командой Ctrl-Shift-D. Также он может сохранять линии, стрелки, зоны любой формы.
Стандартное положение масштабной шкалы на откалиброванном изображении в ImageJ вызывается командой Analyze – Tools – Scale Bar. Ее можно отредактировать и сохранить в ROI Manager, чтобы на всех картинках положение и параметры калибровочного отрезка были стандартными:
Изменить цвет канала, отобразить несколько каналов в наложении, слить цветные слои можно через Image-Color-Channels Tool. Яркость и контрастность изображений регулируется с помощью Brightness&Contrast.
Важно! Если вы хотите собрать изображения в стопку (стек), то манипуляции по регулированию яркости-контраста нужно делать предварительно, так как в стеке нельзя настроить параметры только одного отдельного изображения.
Виртуальные срезы выполняются с помощью Image-Stacks-Orthogonal Views. Проекции появятся в новых окнах. Они связаны с основным изображением, поэтому перемещение креста-мишени на исходной картинке вызывает соответствующие виртуальные срезы:
6. Где скачать программу ImageJ?
Программа и все приложения бесплатны и находятся в свободном доступе. Скачать программу можно на платформе https://imagej.net/ij/download.html. Плагины Fiji доступны по адресу https://imagej.net/software/fiji/downloads.
Заключение
Программа ImageJ — прекрасный инструмент для ученых. Она обладает исключительной гибкостью и может быть адаптирована для любых научных исследований, связанных с анализом изображений.
Основные аргументы в пользу ImageJ:
- обрабатывает снимки с любых устройств от микроскопа до телескопа;
- работает со всеми известными форматами изображений;
- сохраняет, редактирует и анализирует изображения, строит модели, диаграммы и графики;
- макросы и плагины расширяют базовый функционал программы практически до бесконечности;
- открытый исходный код позволяет адаптировать программу к новым задачам;
- существуют программные пакеты для специальных задач, например для работы с электронными микроскопами или астрономическими снимками.