IPP教程分析.docx
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IPP教程分析
图像分析入门
图像分析就是通过分析图片的方法来测量图片上测量对象的测量数值.
举例来说吧,如果需要测量一个足球的直径,就可以使用一根皮尺,绕着足球最大周长量一下,得到最大周长的值,直径就是周长除以园周率.或者用一个大卡尺直接去量足球的直径.这,叫作测量.
还有一个方法,在足球边上放一根直尺,然后用数码相机拍摄下足球与其旁边的直尺的照片,然后在图像分析软件上先测量照片上足球图像的直径,再与直尺图像进行比较,最后得到足球的实际直径尺寸数值.这,叫作图像分析.
图像分析是一种间接的测量方法,在许多情况下,无法进行实际的测量时,使用图像分析的方法能有效地完成准确的测量.
采用图像分析的方法进行测量分析时,一般是下列这个过程:
1.明确需要测量分析的对象.
2.使用适当的方法拍摄下这个对象.
3.分析照片上的图像元素,确定能反映测量对象的图像图形.
4.测量照片上的图形的测量参数,进而得到测量对象的测量数据.
5.对测量对象进行统计分析.
明确图像分析的测量过程对我们理解应用图像分析方法进行测量分析是非常重要的.这有助于我们正确地设计图像分析过程.以前面测量足球直径的图像分析方法为例:
1.测量足球的直径.
2.直接拍摄足球的照片,照片上要把足球的图像与背景图像明显区分,把足球放在黑色背景上,避免照明光线在足球上形成阴影.
3.足球在照片上表现为一个园形,此园形的直径等于足球的直径.我们可以通过测量照片上这个园形的直径来确定足球的直径.
4.测量这个园形的直径.
5.通过标尺换算出足球的实际直径尺寸.
这个例子实在是太简单了,简单得似乎上面说了一大堆废话,但在复杂的实际测量中,按照这个程序设计测量方案确是非常有效的方法.
记着这五条,让我们开始玩图像分析吧.
Imageproplus--图像分析软件
分析图像当然要使用一种工具,图像分析软件就是用来分析测量图像的.有很多种,Imageproplus只是其中的一种,我自己认为这是图像分析软件中最好,最专业的.而且使用起来也比其他软件更方便.功能更强大.唯一的困难是,软件很贵,$5000.一般都是单位买显微镜的时候附带着买的.
其他比较常用的图像分析软件有ImageJ, seionimage,还有许多专用的图像分析软件,如专门分析凝胶的软件等等,其功能很专一,应用于某一个项目上.
提到图像相关的软件,很容易想到photoshop,请注意,这不是图像分析软件,而是图像编辑制作软件,在分析图像的时候,是不能使用photoshop对图像进行处理的.这等于篡改原始数据.是绝对不允许的.
下面就让我们进入Imageproplus程序.安装程序及基本的简单操作就不说了,从打开程序开始吧.
刚进入程序时出现的这个对话框似乎用不上,但里面却有很多好玩的东西.简单地说吧,就是给你演示IPP分析图片的过程.有空的时候可以看看.当然干正事的时候还是先点那个红叉先把它关了吧.如果不想让它老是跳出来烦人,就把下面那个"showonstartup"前面的勾给去掉.
然后我们就可以打开一个图片作测量了.
Imageproplus操作１简单的测量操作过程
在学习各种复杂的测量方法之前，让我们先看看一个简单的测量例子，这样能对使用ＩＰＰ能有一个整体的印象。
看了这个例子，你也许会觉得使用ＩＰＰ并没不太难？
这张图片上，有许多染上了蓝色的细胞核，我们可以测量一下细胞核的个数，称为计数，还可以测量所有这些细胞核它们各自的面积，并得到简单的统计数据。
可以使用count/size工具来作这事。
第一件事是要告诉程序，你想测量什么，这里我们需要计数，还要测量面积。
count本身就是计数的意思，不告诉它，程序也会给你数的，面积其实也是默认必测的。
但我们还是看一看是怎么设置的，除了面积，我们还可以让程序给测量一些别的参数。
在selectmeasurement窗口里可以选择测量项目，右边会显示每个选择的项目的内容说明。
然后要告诉程序，你想测量哪个地方的东西，我们叫它是object，在这里，我们想测量的是细胞核，细胞核在图片上表现为一个一个蓝色的小园斑，所以我们要测量的就不是“细胞核”了，程序是不知道啥叫细胞核的，它只知道“蓝色的斑”，一个细胞核的蓝色园斑就是一个object，我们要测量的就是图片上那些蓝色的斑点的面积，个数。
这个操作叫作选择测量区域，又叫选择ＡＯＩ（Area Of Interesting），如何选择ＡＯＩ是图象分析的关健所在，在实际的测量操作中，最伤脑筋的事情就是如何正确的选择ＡＯＩ。
这也是ＩＰＰ软件的优势所在：
它有比其他软件更有效的ＡＯＩ选择工具。
下面要用到的segmentation工具就是一个灰肠有效的分色选择工具。
点count/size窗口中的selectcolors...按纽就调出了segmentation工具。
在segmentation工具窗口里的“吸管”按纽上点一下，然后把鼠标移到图片上细胞核的地方点一下，图片上与这个点相同颜色的地方就被标上了红色。
点一下可能并不会把全部细胞核都标上红色，要在没标上红色的地方再点一下，直到把所有细胞核的蓝色地方都标上红色。
点close关闭segmentation窗口，就会回到count/size窗口了。
再点count按纽，就测量完事了。
没看到程序有啥反应吧？
是的。
测量结果得自己调出来看的。
在count/size上点view下面的菜单就可以看测量结果了。
在statistics窗口里可以看到，一共有３６１个细胞核，它们的平均面积是６５０.２８５（象素）
分析图片，用最简单的话来描述分析过程的话，就两句：
选择对象，然后测量。
Imageproplus操作２选择测量对象的工具
简单的选择工具一般的软件都有，就是画方框，画园圈，或者用鼠标自由地划或者点多边形。
这种选择是一种主观的选择，在一般情况只能通过肉眼来判断选择。
判断一个测量对象的边界，还有一种相对客观的判断方法，一种是通过阈值来分界，还有一种是通过边界微分的方法来判断。
阈值实际上是一个早已应用的分界方法。
对灰度图片，定义其灰度值大于某个值为阳性，小的则为阴性，这个值就是阈值。
上一篇使用的segmentation工具就是利用阈值来分界的选择工具，它扩展了阈值的应用范围到彩色上，实际上是定义了红绿蓝三种色彩分量各自的阈值。
所以其判断选择更加细致。
边界微分的原理实际上也不复杂，在两种不同色彩的边界上，象素点的色彩与亮度随位置的变化会有一个较大的变动值，检测这个小范围内亮度与色彩变化的最大值点作为分界点的阈值，这种边界检测准确而且客观。
ＩＰＰ的对象选择工具segmentation与irregular工具就是分别应用这两种检测边界原理来选择测量对象的。
要想玩转ＩＰＰ，就必须熟练掌握这两个工具的使用。
１.简单对象选择工具
在工具栏的方框或园环上点一下，再到图片上就能用鼠标划出一个方框或园了。
画好的框是可以拖动的，这可以让我们在另一个地方再作一个完全一样大小的选择区域。
这很有用处。
另外，在框边上用鼠标拖还能改变框的边长大小。
要注意拖出的方框或园圈未必就是正方或正园。
绝大多数情况下都是矩形或椭园。
２.irregular工具
现在点园圈旁边那个按纽，就调出了不规则形状选择工具。
现在出现的工具窗口标题为Magicwand，这与photoshop中常用的魔棒工具非常类似。
此时把鼠标放在图片一个地方点一下，就能把这个点周围灰度相近的地方给圈进来，形成一个“选择的区域”。
魔棒在图片上点一下之后，就出现一个红框，红框的大小与鼠标点的位置关系很大，另外还与工具窗口中range的设置数值有关，这个数值设得大一点的话，也会扩大选择的范围。
当测量对象亮度与周边环境有较大反差的时候，就应该设一个较大的range值。
反之，则要设一个较小的range数值。
如果选择的区域不满意，就重新点一下选择，如果满意了，就要点一下右键把这个选择固定下来。
点一次只能选择一个区域，要想继续选择下一个测量区域，得点旁边的按纽，再点ａｄｄ，再点new按纽。
接下来就可以进行下一个选择了。
注意此时可以看到上一次选择上的绿色框还在图上，如果不按这个顺序来，可能就把上一次的选择给冲掉了。
魔棒的选择原理依然是定义灰度阈值。
irregular工具的另一种形式是循迹。
在魔棒工具窗口上的trace按纽上点一下，就切换成了循迹工具。
此时窗口左边有一个wand按纽，点一下就能回到魔棒工具。
把右边的auto选项给勾掉，就是手工自由画了。
此时可以在图片上直接用鼠标拖画一个闭合框形，也可以一个点一个点地圈出一个多边形区域。
到闭合的时候要点一下右键作为选择的结束。
出现一个绿色的框形，与前面的一样，如果要继续选择下一个区域，也要点“add,new”。
如果把auto勾上了，就是自动选择边界。
此时把鼠标放在边界位置上点一下，再顺着边界线到旁边再点一下，光标就会顺着这个方向沿边界自动寻找边界线了，它会沿着边界一直自动走下去，直到与起点会合为止，此时要再点一下右键确定下来。
使用自动循迹功能对边界清晰的测量对象非常有效，但是如果边界模糊，光标就会没头没脑地乱跑一气了，如果只是一小段边界模糊，可以手工干预一下：
当光标走到模糊之处时，立即用鼠标在此点一下，光标就停了，然后用鼠标顺着边界拖或向前点，光标会跟着走的，引到边界清楚的地方后，光标还会自己向前走。
窗口内的speed指的是光标运行速度，１最慢５最快。
smoose是指选择边界的平滑度，选个大一点的值能使选择的区域好看一点。
Imageproplus操作２选择测量对象的工具（续）
这次该说那个segmentation工具了。
前面说过使用吸管来选择图片上某种色彩的区域。
实际上使用吸管的时候并不多。
更多的时候是直接通过选择通道的数值来选择测量区域的。
segmentation的意思是选择相同颜色的碎片，就是把图片上一定程度上颜色相近的地方给选择出来。
选择的结果就是图片上一片片的“碎片”了。
这些碎片的颜色是相同的。
这个工具与前面所说的irregular工具最大的不同在于，irregular一次只选择出一个区域，而segmentation一次所选择的是多个区域，这个“多”往往多达成千上万个。
一般都知道，电子图片上一个象素的颜色是由ＲＧＢ三个分量构成，红色为（２５５，０，０），绿色为（０，２５５，０），．．．等等，所谓的颜色相同或相近，就是这三个分量值的相同或相近。
用ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ选择区域，本质上就是定义一组ＲＧＢ的取值范围，选择象素点的RGB值落在这个范围内的所有象点。
这里有个困难，当给出一组ＲＧＢ数值时，我们很难立即把它与实际的颜色联系起来。
所以就有了另一种表达象素点颜色的方式：
ＨＳＩ，H 指的是颜色的色调，S 是色饱合度，I 是亮度。
这样，我们就能比较容易地把一种颜色与HSI数值联系起来。
在使用ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ工具时，利用ＨＳＩ方式能方便地选择上希望选择到的颜色区域。
这样有利于客观地选择测量区域。
我们先看看默认的colorcubebased方式的使用方法：
其实这在前面已经提到过了，只要把吸管按纽点上，到图片上去选择一种颜色的色块就可以了。
选择上的颜色会标记上class标记的颜色。
标记颜色是可以换的。
点上面的小红块就能选择另一种颜色，一般是选择一种与图片基础色彩反差大的颜色。
sensitivity数值是调整选择颜色的范围大小的。
下面几个选项也是这个作用。
吸管按纽旁边还有三个按纽，分别是后悔一步，橡皮擦与全部删除。
Preview框中的功能都是很有用的。
就是可以把选择到的区域与其他区域如果显示出来，默认的是把选择区域标记上颜色，下图还有其他的显示方式，都是有其用处的。
这些照片是怎么弄出来的？
不是点工具栏上的照相机按纽，而是点preview框里那个creatpreviewimage那个按纽。
在colorcubebased模式下选择测量区域，适用于图片上和色块色彩比较纯，鲜艳。
这样用吸管一两下就能准确的选择，这张照片每个园色块都色彩鲜艳，边界清晰。
选择起来当然就容易了。
再看看最下面一行按纽的用处，最常用的是file，用来保存选择颜色的设置文件，下回把它load回来就是准确地重复上一次的选择。
这一步骤对于以同样选色标准测量大批图片是必须的。
制作一个Mask也是一个有用的功能。
玩过photoshop会对蒙板的作用更有体会。
再看Histogram模式下的色彩选择方法
比较一下，此时在窗口里多了一个histogram图形，它中间的曲线反映的是一个分量的分布直方图，（现在是红色分量的）在这个模式里选择颜色是根据“理论”上的颜色通过选择三种色彩分量的上下限数值最终确定选择区域，现在是RGB颜色模式，把直方图两边的竖细线向中间拖，就可以看到颜色选择的效果了，分别点图上方的“R”“Ｇ”“Ｂ”三个按纽，可分别选择三种色彩分量的选择数值范围。
大家可以感觉到颜色分量的数值选择是有困难的，一般很难知道黄色的块，其三种颜色分量数值范围各是多少。
所以更常用的就是ＨＳＩ模式了。
在图片右上方有个下拉框，现在显示的是ＲＧＢ，把它拉下来改成ＨＳＩ，在弹出提醒框上点确定。
就行了。
此时唯一的区别就是“Ｒ”“Ｇ”“Ｂ”三个按纽现在显示为“Ｈ”“Ｓ”“Ｉ”，分别是色调，色饱和度与强度。
H色调数值与颜色的对应关系是从０-２５５依次按红橙黄绿青蓝紫排列，在直方图下面可以看到颜色渐变的色条。
而直方图的曲线则反映了图片上各种颜色分量的分布。
当你要选择图片上黄色部分时，就要把H直方图两边的细竖线向中间拖到黄色的范围，在２６-３６之间。
具体选择技巧是：
先把两边的竖细线向中间拖到大致的黄色范围内，然后观察选择到的区域，是否正好选择到了黄色的色块，如果选择多了，则继续向中间微调，否则就要向外扩张一些。
对这张照片来说，最后会选择到２３-３６.下图是选择完成后的效果，标记色是白色。
除了对Ｈ进行选择外，还可以选择Ｓ、Ｉ的范围继续缩小选择范围。
让选择的区域更准确。
如果用实际的复杂一点的图片，就能应用上这些技巧了。
这几篇关于选择测量区域的工具的使用方法对于ＩＰＰ的操作是最重要的技术，必须熟练掌握。
前面我说过，分析测量图片就是作两件事：
选择区域，然后测量。
选择好了区域，就等于完成了一半的工作。
Imageproplus操作3-简单的测量方法
最简单的测量就是点的测量了。
也就是测量一下点的位置坐标。
点测量还有个功能，可以计数，把需要测量的目标都点上一个点，它们的数目也就数出来了。
在Features下面的框里，有许多测量项目，点是最简单的，还可以测量直线、曲线、园弧、距离，许多的。
测量数据在右边的数据框里。
具体的测量方法，每点一个测量按纽，都会弹出一个测量提示对话框，照着作就是了。
这个测量工具是一个简单的手工测量工具。
这些功能一般别的图像测量软件也能作的。
别以为简单就没有用了。
下一篇介绍的ｃｏｕｎｔ／ｓｉｚｅ工具虽然能力强大，但只能测量面，不能测量线。
如果要测量直线与曲线啥的，还得拿这个来玩！
Imageproplus操作4-最重要的测量工具count/size
现在就是测量方法的另一个重点了：
count/size
1.选择测量项目
在count/size窗口的measure菜单项下点selectmeasurements，调出这个选择测量项目的窗口。
左边列出了所有可供选择的测量项目，中间是已经选择的测量项目，area是默认选择的，一般都需要测量，其他的只要在左边框里的项目上点一下就能选择上，再点一下就能取消掉。
中间是filterranges，对于每一个测量项目，可以通过限定其取值范围来进一步精确地选择测量区域。
以面积测量为例，实际上你选择某种颜色时不仅会选择上需要的区域，还可能会选择上大量微小的杂质点。
在此你可以只选择面积大于一定数值的区域来测量。
在filterranges框里点一下area，再到下面的start与end项下填上一个范围值。
默认的值是10到最大，你完全可以把它们限制在100到5000这样的数值范围内。
右边是每个测量项目的说明，例如你点了perimeter这个测量项目，就能在这里了解一下这是测量的什么具体指标。
也许你没太注意，现在你可以一次测量非常多的指标。
2.选择测量环境
在count/size窗口里点右下方的option按纽，调出这个option窗口。
这里设置了一些测量环境。
上面是关于显示的项目，就是如何显示被测量到的那些区域（class）,
choosecolor可以选择用什么标记色来标记测量到的区域。
这与前面segmentation中的标记色不同，被segmentation标记上的地方未必就一定会被测量，它可能会被过滤掉的。
所以经过过滤后，选色时的大片小杂质点在测量后却看不见了。
outlinestyle:
可以不标记（nine），也可以显示为外框（outline），或者填充上标记色（filled）.
LabelStyle：
这是选择给测量的区域作字符标记的，不仅可以标记编号，也可以标记上测量的数值。
字符颜色由下一行来选择，不过，如果图片上的色块又多又小的时候，还是选择none比较好。
ObjectOptions:
4-connect的意思是，两个区域若有四个象素以上的相连，它们就算作是一个区域。
Smoothing:
这是平滑边界，选个大于零的值，测量区域会显得好看一点。
不妨选择1或2，不能太大了，太大会差得过多。
FilledHoles：
是否填充一个区域里的空洞？
这可得看准了选。
如果填充了，空洞是会被当作选择区域来参与测量的。
Cleanborders:
这是考虑要不要测量图片四边的区域？
这些区域可能被图片边界削掉了一半，测量时是否测量它们就有讲究了。
3.选择测量区域。
方法一：
点selectcolor按纽，这是用选择颜色范围的方法来选择测量区域。
调出来的就是segmentation工具。
方法二：
点程序工具栏上的AOI按纽，就是那几个方形，园形及irregular工具，在图片上手工选择一个或几个区域。
然后到count/size窗口中点菜单edit下的convert AOIs toobjects.
方法三：
上面两个方法联合使用，其效果是，先会选择一个AOI区域，然后在这个区域内用segmentation工具选择颜色。
最后会测量AOI区域内选择的颜色。
看下方的例子：
用irregular工具先画一个区域，（这时候不能点converttoobject）然后用segmentation选择红色的色块。
测量后，绿线圈内的红色块被测量了，外面的两个红色块就不管了。
4.图象背景较正。
很多显微镜照相机包括CCD相机都有个缺点，就是拍摄的图片中间亮四周暗。
一般我们注意不到，但是，一旦需要作光密度分析或者照片较暗的时候，这种背景影响就显著了。
校正背景也是所有软件包括IPP的一个重要功能。
不太严重的背景亮度不匀，用count/size中Image菜单下flatenbackground工具就能搞定。
下面这张图片，右边是原图，看上去亮度很均匀，但把图片亮度降低就能看到四周先变成黑色，而中间依然还有亮。
在调出的flatten窗口中，要指定一下是亮背景还是暗背景，最重要的是那个maxfeaturesize数值，要选择为照片边长的四分之一左右。
一般的一百万像素的照片，边长在一千左右，我喜欢选择200或300。
当然，最终要看效果，既能平滑背景亮度，也能保持照片细节不被改变。
这张照片长边是720象素，用200来平滑背景后，效果很好。
背景亮度相当均匀。
平滑背景亮度对显微镜照片有很重要的意义，利用IPP还有更准确的方法来平滑背景亮度。
5.保存测量项目参数
如果要测量多张照片，就需要使用相同的条件去测量，也不能每测量一张照片都这么一下一下地点菜单呀。
所以要保存测量条件。
上图中，savesettings是保存测量条件，saveoutlines是保存选择区域轮廓。
前一个是必须保存的。
后一个在一些测量中有特殊的用处。
相对应的，还有loadsettings，这是调用保存的条件文件。
另外，选择颜色的文件也要保存的。
在segmentation工具窗口的下方也有个file按纽，进去后也有save和load两个按纽命令。
5.测量。
这个简单。
当使用irregular工具选择了测量区域，在点了convertAOItoobject之时，就把数据给测量了。
当使用segmentation作了选色后，要点击count按纽进行测量。
所以，要记住，先设置好各项测量参数环境，然后再选色，测量。
测量之后，被测量到的区域会加上标记色或者标记字符。
6.提取测量数据
在count/size窗口的view菜单下是各种数据显示的子菜单，最常用的是statistics与measurementdata.
如果图片上色块很多，测量数值会非常庞大的。
此时需要使用DDL功能把数据送到别的地方。
先要设置一下DDE，一般情况下，送到excel里最方便，还要指明一下其程序位置。
特别是excel被安装到D盘的时候，往往会找不到。
最主要的是下面的表格位置，数据放在第几行，第几列。
一般是两种选择，一是每次都放在同一个位置，下一张照片还放在这里。
这就要求每处理一张照片后要立即处理传出来的数据。
否则就是下一个数据覆盖掉了。
另一个选择是把数据追加到前一组数据的后面。
然后，点DDEtoexcel就能送出数据了。
如果桌面上有已经打开的excel表格，就直接送过去，否则就建立一个新的excel表格，并把数据送入。
IPP5与IPP6在这个操作步骤上略有不同。
Imageproplus操作5-提高测量效率的必须技术-宏操作
如果你只分析测量一两张图片，就无所谓了，但是，如果你需要测量一组几直张甚至上面张图片，这事可就麻烦了。
举个例子吧：
这里有张电子显微镜照片，是负片。
用俗话来说，就是底片。
以前的设备经常使用负片来拍摄照片，然后冲洗成正片。
如果现在还用这类设备，在拍摄好负片后，可以用扫描仪把负片录入电脑中，然后用图象处理软件转换成正片。
IPP作这事当然是小菜。
很简单。
打开图片后，点击enhence-invertimage,就立即得到反相的照片，然后“另存为”保存。
也就是点几下鼠标吧。
一会就完事。
如果你要处理100张照片呢？
就得点几百下鼠标了。
得忙活几个小时。
这种简单重复的工作最好是编程序来作。
快而且准确。
不过编程序也有其麻烦之处，首先你得会编程，编程后还要调试，最后可能也得花上几个小时。
利用宏操作来作这事，运行效率没有编程高，但录制过程却简单多了。
值得一用。
宏操作就是把分析图象时的几个操作记录下来，用一个快捷键来执行它。
这样，一个需要点好几下甚至几十下鼠标的操作就简化到只按下一个快捷键就能完成了。
大大提高了速度。
看看上面的例子要点几下鼠标：
先把所有图片另存到一个新文件夹中。
打开所有的图片并且以重迭的方式（windows-overlapimages）列在窗口中。
这样只能看到最上面的一张图片。
点菜单enhance
点子菜单ivnertimage
点图片上的叉号关闭图片，系统会弹出对话框提示是否保存修改。
点yes
一共四个操作。
所有的图片都是这样操作
这样我们就可以记录一个宏操作完成前面的八个动作。
现在的操作就是：
一次打开几十个文件。
重迭放在窗口里。
最上面的照片就是当前处理的照片。
点最上面的照片。
按快捷键。
两个操作就完事了。
而且这时候是右手拿鼠标点图
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