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ImageJ軟件簡(jiǎn)介及測(cè)量粒徑分布教程

來(lái)源：測(cè)試GO 時(shí)間：2021-01-21 17:12:10 瀏覽：31234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(cè)量，甚至逐幀分析原位視頻中數(shù)據(jù)，都離不開(kāi)圖像處理和信息提取。如果只簡(jiǎn)單地通過(guò)人工來(lái)信息提取，連簡(jiǎn)單的納米顆粒/細(xì)胞計(jì)數(shù)都讓人不勝其煩。這里介紹免費(fèi)好用的ImageJ軟件用來(lái)解決幾乎與圖像處理相關(guān)的所有問(wèn)題。此外，豐富的插件庫(kù)可以滿足的你對(duì)科研圖像處理的所有需求。

2軟件介紹

ImageJ是一個(gè)基于java的免費(fèi)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(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）開(kāi)發(fā)的。這款免費(fèi)軟件被廣泛用于圖像、視頻處理，并且針對(duì)不同需求，各路大神無(wú)私分享了各種插件。只有想不到，沒(méi)有做不到。比如基本的長(zhǎng)度、角度、面積測(cè)量，電鏡上色，平均熒光強(qiáng)度分析，圖像自動(dòng)配準(zhǔn)，圖像抖動(dòng)自動(dòng)校正，甚至徒手測(cè)心率。這里我對(duì)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(gè)實(shí)例：自動(dòng)獲取粒徑分布信息。

官方免費(fèi)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(hào)）

3界面介紹

軟件的主體非常簡(jiǎn)約，與大多數(shù)圖像處理程序不同，ImageJ沒(méi)有主要的工作區(qū)域。ImageJ的主窗口實(shí)際上非常簡(jiǎn)單，僅包含一個(gè)菜單欄（見(jiàn)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(cè)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(dòng)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(dòng)等的工具。此外，工具欄的右側(cè)包含七個(gè)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(duì)應(yīng)功能標(biāo)示見(jiàn)圖2。

圖2

（2）狀態(tài)欄。當(dāng)光標(biāo)在圖像上方時(shí)，像素強(qiáng)度和坐標(biāo)顯示在狀態(tài)欄中。運(yùn)行過(guò)濾器（filter）后，還將顯示經(jīng)過(guò)的時(shí)間和處理速率（以像素/秒為單位）。在狀態(tài)欄上單擊時(shí)，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(shí)，狀態(tài)欄上會(huì)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(huì)顯示操作的進(jìn)度。如果操作需要的時(shí)間少于一秒鐘，則不會(huì)出現(xiàn)。

4功能與應(yīng)用

下面我主要通過(guò)自動(dòng)獲取粒徑分布信息這一具體實(shí)例，其中需要調(diào)動(dòng)多種命令，可以讓大家對(duì)軟件有一個(gè)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?yàn)樾枰裄GB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(duì)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(gè)）。然后放大圖像比例尺，并在圖像中畫出比例尺長(zhǎng)度的線段，其次選擇Analyze->SetScale來(lái)告訴系統(tǒng)線段長(zhǎng)度所代表的真實(shí)長(zhǎng)度。

圖5

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

（4）選擇合適的對(duì)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(huì)被統(tǒng)計(jì)到粒子信息里面，后面我們會(huì)通過(guò)相應(yīng)的過(guò)濾條件去除無(wú)用信息。

（5）選擇所需要統(tǒng)計(jì)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(kāi)相應(yīng)的命令窗口。

圖8

得到的命令窗口中有兩個(gè)過(guò)濾條件。第一個(gè)是面積過(guò)濾條件，假如按照默認(rèn)設(shè)置是0到Infinity的話，單個(gè)被紅色覆蓋的像素點(diǎn)就被識(shí)別為一個(gè)粒子，那么顯然結(jié)果是不可靠的。這里我首先目測(cè)了目測(cè)了粒子大小，然后選擇了一個(gè)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(shí)去除掉無(wú)用的干擾信息。第二個(gè)是圓度過(guò)濾條件，它是會(huì)首先評(píng)價(jià)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(gè)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(shuō)無(wú)過(guò)濾條件。在其他命令中記得要勾選Displayresults來(lái)顯示結(jié)果，勾選Excludeonedges來(lái)排除在畫面邊緣的粒子。

我們來(lái)看一下面積有過(guò)濾條件而圓度無(wú)過(guò)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(jì)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(jì)在內(nèi)。

圖9

為了解決這一問(wèn)題，我們把圓度調(diào)到0.2至1，請(qǐng)看下圖結(jié)果。比例尺便不再被統(tǒng)計(jì)在內(nèi)，而且黃色框中粒子也消失。這時(shí)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?yàn)橹挥幸粋€(gè)粒子，我們記下它的編號(hào)是54，以便在隨后的數(shù)據(jù)處理中刪除掉。

（7）處理統(tǒng)計(jì)結(jié)果。我們可以在彈出的結(jié)果窗口中得到面積統(tǒng)計(jì)信息，見(jiàn)下圖。

圖10

這時(shí)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(guò)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(hào)54。

圖11

選擇所有的直徑數(shù)據(jù)，做出來(lái)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(gè)人喜好來(lái)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(gè)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(hào)）

圖13

（2）針對(duì)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(hào)）

圖14

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