Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

ImageJチュートリアル

4,755 views

Published on

Published in: Education
  • Be the first to comment

ImageJチュートリアル

  1. 1. Confidential Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. ImageJ によるバイオ画像解析 チュートリアル 2014/6/20 (ver.1.0) 0
  2. 2. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 目次 1. イントロダクション 2. デジタル画像の基本 3. カラー画像の基礎と画像合成 4. 形の解析: 二値化,粒子解析,繊維解析 5. 動きの解析 補遺: ImageJ の主なメニュー項目の紹介 1
  3. 3. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 1. イントロダクション
  4. 4. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. ImageJ の基本画面 ← メニューバー ← ツールバー ← ステータスバー ← 画像ウインドウ http://rsb.info.nih.gov/ij/docs/tools.html ツールバー 赤い三角形の付く アイコンは右クリック で機能切り替え可. 赤い線: 頻用するもの. 青い線: selection (ROI). ← 画像タイトル 画像情報(サイズ等) タバコBY-2 液胞膜
  5. 5. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. メニュー操作に関して: File - Open… File から Open… を選択する. ショートカット操作に関して: t Windows : t キー. Mac : コマンド + t キー. Shift + c Windows : Shift を押しながら c キー. Mac : コマンド と Shift を押しながら c キー. ※コマンド一覧は Plugins - Shortcuts - Control Panel… でツリー形式, Plugins - Shortcuts - Create Shortcut の Command 欄でプルダウン形式で確認できる. ※メニューの一部は ij.jar 内の IJ_Props.txt を編集することでカスタマイズ可能. JARはZIP形式として展開できる. メニューを完全に変更したい場合は ImageJ.java をいじる. ※ ショートカットの一覧表示や追加は Plugins - Shortcuts メニューから可能. 一部のショートカットはソース中に埋め込まれている ( t とか < とか) . ImageJ の基本画面
  6. 6. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 2. デジタル画像の基本
  7. 7. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. ←画像情報: 159x153 pixels; 8-bit; 24K 画素と画素数 (3200%) : 拡大・縮小率 画像ウインドウ左上に青い枠が表示されている場合, ウインドウに画像全域が収まっていない. 現在表示されている部位が,画像全域のどこに相当する かを示している. 159 153 画素, pixel (picture element) + キーで拡大 - キーで縮小
  8. 8. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 座標系と画素と輝度 ←画像情報: 159x153 pixels; 8-bit; 24K y x (x,y) = (0, 0) 輝度 35 (3, 0) 輝度30 (3, 2) 輝度 21 ImageJ では左上を原点(0, 0)とし,右に X 軸,下にY軸が伸びる. 各画素には輝度 (強度,intensity.明度 brightness とも言う) が割り当てられている. ※ 「0 から数えること」「左上が原点であること」 に注意.
  9. 9. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 座標系と画素と輝度 y (x,y) = (0, 0) 輝度 35 (3, 0) 輝度30 (3, 2) 輝度 21 x Excel で開いた例 表示を縮小 159列 159 153 153行 File - Save As - Text Image…
  10. 10. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. PowerPoint 等での強拡大に注意 PowerPoint や Photoshop 等で補間を ともなう"強拡大"をするとデジタル的 な解像度や分解能と関係なく擬似的 にズームしたようになるが,解像度や 分解能が上がる訳ではない. データ解釈を誤らないよう注意. PowerPoint で拡大 補間なし 補間あり
  11. 11. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. Brightness & Contrast による表示状態の変更 ( Shift + c キー) スライドバーを動かすことによる調整は,表示上の"明るさ"を 変えているに過ぎない.→ 輝度は変化しない. 8-bit 画像の場合は Apply ボタンを押すことによって,その時の 表示範囲が0~255にスケールされる.→ 輝度が変化する. 真っ白 真っ黒
  12. 12. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 輝度ヒストグラム ( h キー ) h 位置情報を無視した上で,全画素について 輝度の分布を可視化したもの. 輝度の基本的な統計量(最小,最大,平均, 標準偏差等)も表示されている.
  13. 13. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 輝度のタイプ (0, 0) 輝度 35 (3, 0) 輝度30 (3, 2) 輝度 21 8-bit: 0~255 の整数(integer) 16-bit: 0~65535 の整数(integer) 32-bit: 浮動小数点数(float) 実数の近似値.±3.4*1038 の 範囲で7桁位の精度. グレイスケール画像, 濃淡画像 輝度のデータ型. ビット深度(bit depth), bits per pixel, 量子化ビット数等とも呼称. カラー画像 ≠白黒画像 8-bit Color: 使わない. RGB Color: 赤緑青の3チャネルを 重ねることによるカラー表現. 各チャネルのデータ型は8-bit, 16-bit, 32-bit のいずれかで, チャネル間では統一されている.
  14. 14. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 輝度のビット深度 8-bit: 0~255 の整数(integer) 16-bit: 0~65535 の整数(integer) 32-bit: 浮動小数点数(float) 実数の近似値.±3.4*1038 の 範囲で7桁位の精度. グレイスケール画像, 濃淡画像 ≠白黒画像 原画像のビット深度はカメラによって異なり,8~16 bits/pixel が主. 12 bits/pixel (212 , 0~4095) や 14 bits/pixel (214 , 0~16383)の カメラで得た画像は 16 bits/pixel の画像フォーマットとして扱う (大は小を兼ねる). 輝度には必ずノイズが混じるので,深度が大きい方が一概に 高性能というわけではない. 画像処理的には内部で 32-bit (float) を用いることも多い (小数やマイナスの値が扱えるので) . 輝度 位置(pixel)8 bits/pixel 28 =256 段階 0 255
  15. 15. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 画像情報の修正 (ビット深度, スケール情報) ビット深度: Image - Type - … スケール情報: Analyze - Set Scale…
  16. 16. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 3.カラー画像の基礎と画像合成
  17. 17. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 輝度 (5, 70, 134) 輝度 (179, 39, 4) カラー画像 (RGB画像の場合) は Red, Green, Blueの輝度のバラン スにより色が表現される. 輝度 (111, 111, 13) Red Green Blue Image – Color – Split channels カラー画像の基礎
  18. 18. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 画像合成 Image – Color – Merge channels…
  19. 19. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 画像合成の注意点 伝わるデザイン http://tsutawarudesign.web.fc2.com/index.html 細胞工学 色覚の多様性と色覚バリアフリーなプレゼンテーション http://www.nig.ac.jp/color/barrierfree/barrierfree3-4.html
  20. 20. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 画像合成の注意点 画像合成は MagentaとGreenの 使用が推奨されることが 多い. MagentaとGreen は グレースケールで 示しても良い
  21. 21. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 4.形の解析: 二値化,粒子解析,繊維解析
  22. 22. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 手作業でのROI設定を介した形状解析: 長さ 線分や曲線をマウスで引き t キーで ROI Manager に登録, を繰返す. ROI Manager の「Show All」をチェックしておくと見やすい. Measure ボタンで登録済の ROI 全部をまとめて測定. 角度や長さ(画素単位)が得られる. Excel等でμmに変換し,統計処理. Excel 等にペースト or テキストファイルに保存して R スクリプトで統計処理 等. t ROI: region of interest,関心領域,注目領域
  23. 23. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 手作業でのROI設定を介した形状解析: 面積 or 測定項目は Analyze - Set Measurements... で決定. 「測定対象領域をマウスで指定し, t キーで ROI Manager に登録」を繰返す. Measure ボタンで測定. t
  24. 24. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 二値化による領域抽出 ( Shift + t キー) or 蛍光像の場合,「高い輝度の領域」が「測定対象領域」の 場合が多い.閾値となる輝度を決め,二値画像(白黒画像) に変換することで,領域抽出(領域分割, segment)ができる. ではどのように閾値を決めればいいのか? グレイスケール画像 (濃淡画像) 二値画像 (白黒画像)
  25. 25. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 人間の目視による閾値決定 作業者の感覚が頼り. 同じ人が作業しても, 閾値が同じになるとは 限らない(部屋やモニタ の明るさの影響など).
  26. 26. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. Threshold ウインドウでは, 人間による閾値決定だけでなく 自動閾値決定もできる. 右図のように, 複数のアルゴリズムから選択する. いずれも輝度ヒストグラムをもとに 「ある明るさ」を閾値として 背景と背景(解析対象)を分ける. 画像自体と解析対象に関する 輝度分布の性質によって, 適切なアルゴリズムは異なる. 自動閾値決定
  27. 27. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 二値化を介した粒子解析の例 二値画像 グレイスケール画像 Analyze - Analyze Particles…
  28. 28. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 二値化を介した繊維構造の解析例 共焦点画像 バンドパスフィルタ による繊維等の強調 二値化像 細線化像 短径 / 長径 短径 長径 気孔開閉の指標 気孔に対する アクチン繊維の角度 アクチン繊維の配向の指標 気孔 q 気孔 q 気孔 この場合, 短径 / 長径=0.47 この場合, アクチン繊維の角度=54.3° 灰色: 気孔領域 黒色: アクチン繊維 シロイヌナズナ気孔 アクチン繊維
  29. 29. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. バンドパスフィルタ Process - FFT - Bandpass Filter... 注目している物を,おおよその大きさを指定することで 強調する処理.ノイズや細胞形状の影響を抑制する. 細胞表層微小管のプラス端 輝度プロファイル(左図の黄色い線)
  30. 30. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 5.動きの解析
  31. 31. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. スタック画像 時系列画像(動画像,動画,XYT) や,焦点面を変えて撮影した連続 画像(立体画像,XYZ)はともに スタック画像として操作できるが, ZとTの区別が無いことに注意. スタック画像を構成する2次元画像 をスライスとかフレームと呼ぶ. ステータスバーの z=2 は 「Z座標の値が2」を示す (0から数えている. 0-origin) . 画像情報欄の 3/10 は 「全10枚中3枚目」を示す (1から数えている.1-origin). 表示中のスライスを変更 再生 (速度設定: Image - Stacks - Tools - Animation Options...) タバコ培養細胞 微小管プラス端
  32. 32. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 動き解析のための粒子追跡 輝度投影 (疑似色) 1スライス目 10スライス目 平均速度: (pixel/slice) T: スライス数 T-1
  33. 33. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. 補遺: ImageJ の主なメニュー項目の紹介
  34. 34. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. File メニュー: ファイルの読み込み・書き込み等 New: 新規作成. System Clipboard で他アプリから画像の 読み込みができる. Open...: 画像ファイル等を開く. Import: 各種フォーマットの 画像ファイル等を開く. Close: 画像ウインドウを閉じる. Save: 画像ウインドウの内容をファイルに 保存する. ※ Save しない限り,ファイルは書き 変わらない. Quit: ImageJ を終了する.
  35. 35. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. Edit メニュー: 画像の切り貼り,描画 Undo: 直前の作業の取消し. 1ステップ限定かつ 一部のみ対応. Cut, Copy, Paste: 画像の切り貼り. 対象は画像全域かROI . Copy to System: 他アプリへのコピー. Clear, Fill, Draw: 単色描画. 実際の色は Color Pickerで色は設定. Selection: ROI の制御. (Selection = ROI) Add To Manager: 複数のROI を管理.
  36. 36. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. Image メニュー: 種別,色,スタック,変形,複製等,色々 Type: 輝度タイプの変換. 8-bit, 16-bit, 32-bit, RGB color... Adjust: 表示上の明るさの調整や二値化等. Color: グレイスケール画像とカラー画像の 変換等. Stacks: 時系列画像(動画像),立体画像の 処理.輝度投影,スライス一覧(montage) の作成等. Crop: ROI 部分の切り出し. Duplicate: 画像ウインドウの複製. Rename: 画像ウインドウのタイトル変更. Scale: 画像解像度の変更.つまり画像サイズ の拡大・縮小. ※表示の拡大・縮小と混同しないよう注意.
  37. 37. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. Process メニュー: 基礎的な画像処理(フィルタ等) Find Edges: 輪郭強調. Binary: 2値画像(白黒画像)処理. Math: 加減乗除等による 各画素の輝度変更. Filters: ノイズ抑制等のフィルタ. Image Calculator: 画像と画像の間 の演算. 加減乗除等.
  38. 38. Copyright © LPixel Inc. All Rights Reserved. Analyze メニュー: 測定やグラフ関係 Measure: ROI 部分の諸パラメタの測定. Analyze Particles...: 粒子解析. Set Measurements...: 'Measure' で測定する パラメタの選択. Set Scale...: 1画素が何 mm かを設定する. Histogram: 輝度ヒストグラムの表示. Plot Profile: 輝度プロファイルの表示. 他のメニュー Plugins: プラグイン,マクロ,ショートカット キー設定等. Window: 画像ウインドウ,ログウインドウ等 の一覧や並び換え. Help:ブラウザにウェブ上のマニュアルを 表示する等.

×