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ImageJ軟件簡介及測量粒徑分布教程

來源：測試GO 時間：2021-01-21 17:12:10 瀏覽：39244次

1引言

圖像處理是科研中必然碰到的一環(huán)。從文章中拍攝照片的處理，到電鏡中晶格的測量，甚至逐幀分析原位視頻中數(shù)據(jù)，都離不開圖像處理和信息提取。如果只簡單地通過人工來信息提取，連簡單的納米顆粒/細(xì)胞計數(shù)都讓人不勝其煩。這里介紹免費好用的ImageJ軟件用來解決幾乎與圖像處理相關(guān)的所有問題。此外，豐富的插件庫可以滿足的你對科研圖像處理的所有需求。

2軟件介紹

ImageJ是一個基于java的免費圖像處理軟件，可以應(yīng)用在Linux，MacOSX和Windows系統(tǒng)上，它是由美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）開發(fā)的。這款免費軟件被廣泛用于圖像、視頻處理，并且針對不同需求，各路大神無私分享了各種插件。只有想不到，沒有做不到。比如基本的長度、角度、面積測量，電鏡上色，平均熒光強(qiáng)度分析，圖像自動配準(zhǔn)，圖像抖動自動校正，甚至徒手測心率。這里我對軟件進(jìn)行基本功能介紹和逐步講解大家都有可能用到的一個實例：自動獲取粒徑分布信息。

官方免費下載地址：https://imagej.nih.gov/ij/download.html

若鏈接失效，可聯(lián)系我們：17318936377（微信同號）

3界面介紹

軟件的主體非常簡約，與大多數(shù)圖像處理程序不同，ImageJ沒有主要的工作區(qū)域。ImageJ的主窗口實際上非常簡單，僅包含一個菜單欄（見圖1），其中包含所有菜單命令，工具欄，狀態(tài)欄和進(jìn)度欄。圖像，直方圖，配置文件，小部件等顯示在其他窗口中，測量結(jié)果顯示在結(jié)果表中。大多數(shù)窗口可以在屏幕上拖動并調(diào)整大小。

圖1

（1）工具欄。工具欄中有各種最常用的命令，包含用于進(jìn)行選擇，繪圖，縮放和滾動等的工具。此外，工具欄的右側(cè)包含七個插槽，可以容納ImageJ網(wǎng)站上提供的60多種工具和15多種工具集可以選擇。具體命令對應(yīng)功能標(biāo)示見圖2。

圖2

（2）狀態(tài)欄。當(dāng)光標(biāo)在圖像上方時，像素強(qiáng)度和坐標(biāo)顯示在狀態(tài)欄中。運行過濾器（filter）后，還將顯示經(jīng)過的時間和處理速率（以像素/秒為單位）。在狀態(tài)欄上單擊時，將顯示ImageJ版本，Java版本，正在使用的內(nèi)存，可用內(nèi)存和已用內(nèi)存百分比。在創(chuàng)建Selections或調(diào)整其大小時，狀態(tài)欄上會顯示選擇屬性（例如，位置，寬度等）。

（3）進(jìn)度欄。狀態(tài)欄右側(cè)的進(jìn)度條會顯示操作的進(jìn)度。如果操作需要的時間少于一秒鐘，則不會出現(xiàn)。

4功能與應(yīng)用

下面我主要通過自動獲取粒徑分布信息這一具體實例，其中需要調(diào)動多種命令，可以讓大家對軟件有一個初步的了解。

（1）導(dǎo)入圖片：依次選擇file->open命令，導(dǎo)入想要分析的圖片。

圖3

（2）把RGB格式的圖片轉(zhuǎn)換為8-bit黑白圖片。依次選擇image->Type->8-bit。因為需要把RGB格式的圖片轉(zhuǎn)換為8-bit黑白圖片有助于下面步驟中設(shè)置對比度臨界值。

圖4

（3）標(biāo)定比例尺。首先選擇線段工具（工具欄坐起第五個）。然后放大圖像比例尺，并在圖像中畫出比例尺長度的線段，其次選擇Analyze->SetScale來告訴系統(tǒng)線段長度所代表的真實長度。

圖5

在Knowndistance中填入真實比例尺長度，這里面是100nm，并在unitoflength里面填入單位納米（nm）。點OK。

（4）選擇合適的對比度臨界值（threshold）。選擇菜單欄中Image->Adjust->Threshold（快捷鍵Ctrl+Shift+T)

圖6

在下面界面中選取好合適的閾值（在這里是紅色完全覆蓋到所有的納米粒子）。這里清注意，比例尺也被紅色所覆蓋，不用擔(dān)心它也會被統(tǒng)計到粒子信息里面，后面我們會通過相應(yīng)的過濾條件去除無用信息。

（5）選擇所需要統(tǒng)計的信息。這里選擇Analyze->SetMeasurements.得到相應(yīng)命令窗口。在命令窗口中勾選面積Area

圖7

（6）分析得到粒徑分布的信息。這里選擇Analyze->AnalyzeParticles.然后打開相應(yīng)的命令窗口。

圖8

得到的命令窗口中有兩個過濾條件。第一個是面積過濾條件，假如按照默認(rèn)設(shè)置是0到Infinity的話，單個被紅色覆蓋的像素點就被識別為一個粒子，那么顯然結(jié)果是不可靠的。這里我首先目測了目測了粒子大小，然后選擇了一個不是太大的數(shù)值100nm2作為最小閾值，有利于保留有用信息的同時去除掉無用的干擾信息。第二個是圓度過濾條件，它是會首先評價粒子的圓度，然后根據(jù)人為設(shè)置的條件去除掉圓度較低的信息。為了給大家一個直觀感受，了解意義所在，我使用了默認(rèn)的圓度設(shè)置0到1，也就是說無過濾條件。在其他命令中記得要勾選Displayresults來顯示結(jié)果，勾選Excludeonedges來排除在畫面邊緣的粒子。

我們來看一下面積有過濾條件而圓度無過濾條件的結(jié)果。我們看到紅色圓圈標(biāo)記的比例尺被統(tǒng)計在內(nèi)，黃色圓圈標(biāo)記的非常不規(guī)則粒子的粒子也被統(tǒng)計在內(nèi)。

圖9

為了解決這一問題，我們把圓度調(diào)到0.2至1，請看下圖結(jié)果。比例尺便不再被統(tǒng)計在內(nèi)，而且黃色框中粒子也消失。這時候我們基本可以得到滿意的信息。但是我們發(fā)現(xiàn)綠色圈中粒子仍不符合我們的要求，因為只有一個粒子，我們記下它的編號是54，以便在隨后的數(shù)據(jù)處理中刪除掉。

（7）處理統(tǒng)計結(jié)果。我們可以在彈出的結(jié)果窗口中得到面積統(tǒng)計信息，見下圖。

圖10

這時全選所有數(shù)據(jù)，拷貝到Excel或Origin或其他數(shù)據(jù)處理軟件中，通過圓形面積公式A=πr2得到半徑，再將半徑乘以2得到直徑d（粒徑分布是以直徑為參考）。這里記得刪除掉剛才綠色圈中的編號54。

圖11

選擇所有的直徑數(shù)據(jù)，做出來粒徑分布圖。我這里用Origin作圖。納米粒子粒徑分布圖到此完成。格式根據(jù)個人喜好來修改。

圖12

5額外資源地址

以上是基本功能的介紹，額外需要更多自定義功能的話可以直接去下面兩個地方尋找資源：

（1）帶好插件的Fiji下載（FijiisjustimageJ的縮寫）（Fiji地址：https://fiji.sc/）若鏈接失效，可聯(lián)系我們：17318936377（微信同號）

圖13

（2）針對各種需求的插件下載（插件地址：https://imagej.nih.gov/ij/plugins/）若鏈接失效，可聯(lián)系我們：17318936377（微信同號）

圖14

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