Java圖像處理最快技術：ImageJ 學習第一篇

ImageJ是世界上最快的純Java的圖像處理程序。

它能夠過濾一個2048x2048的圖像在0.1秒內（*）。

這是每秒40萬像素！ImageJ的擴展通過使用內置的文本編輯器和Java編譯器的ImageJ的開發插件。500多插件可用。

數據類型：8位灰度或索引色，16位無符號整數，32位浮點和RGB色彩。

文件格式：讀寫全部支持的數據類型為TIFF（非壓縮）或原始數據。

打開和保存GIF，JPEG，BMP，PNG。PGM，FITS和ASCII。打開DICOM。使用URL打開的TIFF、GIF文件、JPEG文件、DICOMs和原始數據。也能夠擴展很多其它格式 的插件。

圖像增強：支持平滑。銳化，邊緣檢測。中值濾波和閾值的8位灰度和RGB彩色圖像。

交互方式調整亮度和8位，16位和32位圖像的對照度。

幾何操作：裁剪，縮放。調整大小和旋轉。翻轉垂直或水平。

分析：測量面積。平均值，標准偏差，最小的選擇和最大或整個圖像。

測量長度和角度。使用現實世界中的度量單位。如毫米。校准使用密度標准。生成柱狀圖和剖面圖。

色彩處理：分裂一個32位彩色圖像轉換成RGB或HSV分量。

合並8位組件成彩色圖像。RGB圖像轉換為8位索引顏色。應用偽彩色調色板為灰度圖像。

基於ImageJ的項目有、CellProfiler（細胞圖像分析）、idoimaging（醫學影像）、ImageSurfer（3D可視化和分析）、MIPAV（3D成像和可視化）、NITRC（神經影像學工具和資源）等。

以下對ImageJ的編程基礎介紹一下。

一、ImageJ的圖像剖析

ImageJ的 圖像由三個部分組成：

1、ImageProcessor對象實例：持有並提供了訪問像素的方法。

2、Image對象實例：即java.awt.Image畫在屏幕上。

3、ImagePlus對象實例：包括全部的元數據（標題，屬性）、ImageProcessor和Image。

ImageJ的 圖像堆棧由四部分組成：

1、ImageStack對象實例：持有像素陣列的陣列（LUT變化通過暫時實例StackProcessor）

2、Image對象實例：即java.awt.Image畫在屏幕上。

3、ImageProcessor對象實例：提供訪問當前切片像素。

4、ImagePlus對象實例：持有ImageStack、ImageProcessor和Image。

使用堆棧時，要謹記以下幾點：

1、ImagePlus的ImageProcessor實例在不論什么調用setSlice（INT）時都由它的像素替換對象。

2、ImageStack.getProcessor（int）在每次調用時都返回一個新的ImageProcessor。是 一個消耗大的操作。

3、ImagePlus的java.awt.Image中在每次調用setSlice（int）時被更新。

當ImagePlus調用updateAndDraw（）時又一次創建 java.awt.Image對象。假設你想改變被反映當前顯示在屏幕上的圖像，必須改動的像素之后調用updateAndDraw（）。

二、創建圖像

    1、創建一個圖像（具體）

int width = 400;  
int height = 400;  
ImageProcessor ip = new ByteProcessor(width, height);  
String title = "My new image";  
ImagePlus imp = new ImagePlus(title, ip);  
imp.show();  

    有幾個ImageProcessor類，每一個都有自己專門的構造函數。ByteProcessor，ShortProcessor，FloatProcessor和ColorProcessor。

    2、創建一個圖像（簡單方式）

        new ImagePlus("My new image", new ByteProcessor(400, 400)).show(); 

    3、創建隨意數量不論什么類型的

         A、一個簡單的8位的400x400像素的灰度圖像

ImagePlus imp = IJ.createImage("My new image", "8-bit black", 400, 400, 1);
imp.show();
// or, without getting back a reference:
IJ.newImage("My new image", "8-bit black", 400, 400, 1);

B、堆棧的400×400像素的10色圖片

ImagePlus imp = IJ.createImage("My new image", "RGB white", 400, 400, 10);  
imp.show();  
// again, without getting back a reference:  
IJ.newImage("My new image", "RGB white", 400, 400, 10); 

三、銷毀圖像

調用flush()將釋放所使用的ImagePlus全部內存資源。

ImagePlus imp = ...  
imp.flush();  

注意：假設你持有一個從ImagePlus.getProcessor（）方法獲得ImageProcessor。即ImageProcessor的像素數組指針將被設置為null。

你應該改為調用ImageProcessor的duplicate（）。或直接通過getPixels（）得到它的像素。並把它們存儲在相同的尺寸的新ImageProcessor。

相同，java.awt.Image中獲取自己的flush（）方法調用也是如此。

四、打開圖像

    全部方法都環繞着ij.io.Opener類展開。

    1、高層次的方式，從文件或URL

ImagePlus imp = IJ.openImage("/path/to/image.tif");  
imp.show();  
  
ImagePlus imp = IJ.openImage("http://www.example.org/path/to/image.tif");  
imp.show();  
  
// Without getting back a pointer, and automatically showing it:  
IJ.open("/path/to/image.tif");  
// Same but from an URL  
IJ.open("http://www.example.org/path/to/image.tif"); 

    2、從文件打開

Opener opener = new Opener();  
ImagePlus imp = opener.openImage("/path/to/image.tif");  
imp.show();  

    3、從URL打開

Opener opener = new Opener();  
ImagePlus imp = opener.openImage("http://www.example.org/path/to/image.tif");  
imp.show(); 

以上注意URL 包括http://怎樣的自己主動檢測並正確解析。假設須要，能夠直接調用：

ImagePlus imp = opener.openURL("http://www.example.org/path/to/image.tif");  

五、編輯像素

1、執行ImageJ命令方式，這是一個高層次的方法，像素能夠通過調用ImageJ的命令編輯圖像：

ImagePlus imp = ...  
// Making a binary image  
IJ.run(imp, "Convert to Mask", ""); // "" means no arguments  
  
// Resizing, opens a copy in a new window (the 'create' command keyword)  
IJ.run(imp, "Scale...", "x=0.5 y=0.5 width=344 height=345 interpolate create title=[Scaled version of " +imp.getTitle() + "]");  
  ...  

不論什么ImageJ命令可能被應用。

你能夠找出哪些命令來使用，哪些參數通過執行插件，並手動調用的ImageJ打開的圖像上的菜單命令。

2、中級層次編輯方式：ImageProcessor（ROIs/selections）

在圖像上繪制或填充ROI（感興趣區域）：

ImagePlus imp = ...  
ImageProcessor ip = imp.getProcessor();  
  
// Assuming 8-bit image  
  
// fill a rectangular region with 255 (on grayscale this is white color):  
Roi roi = new Roi(30, 40, 100, 100); // x, y, width, height of the rectangle  
ip.setRoi(roi);  
ip.setValue(255);  
ip.fill();  
  
// fill an oval region with 255 (white color when grayscale LUT):  
OvalRoi oroi = new OvalRoi(50, 60, 100, 150); // x, y, width, height of the oval  
ip.setRoi(oroi);  
ip.setValue(255);  
ip.fill(ip.getMask()); // notice different fill method  
                       // regular fill() would fill the entire bounding box rectangle of the OvalRoi  
// The method above is valid at least for PolygonRoi and ShapeRoi as well.  
  
  
// draw the contour of any region with 255 pixel intensity  
Roi roi = ...  
ip.setValue(255);  
ip.draw();  
  
// update screen view of the image  
imp.updateAndDraw();  

3、ROIs的一些事情：

A、有非常多selection/ROI類型：Roi（矩形之中的一個。也是全部其它類型的父類），Line, OvalRoi, PolygonRoi, PointRoi, FreehandRoi, ShapeRoi, TextRoi。

另外有一些子類型。如PolygonRoi里的POLYGON、POLYLINE 類型。

B、大部分的ROI是用於編輯圖像非常實用; 一些用於圖像分析（Line。PointRoi。TextRoi）。

C、最強大的ROI是ShapeRoi：java.awt.geom.GeneralPath支持它，它能夠存儲隨意數量的不論什么形狀的不連續區域的。

D、ip.fill(ip.getMask())方法是最安全的，可在各種場合使用，僅僅須要檢查ImageProcessor的mask通過getMask()返回的不為null。

旋轉。翻轉和縮放圖像（或者ROI）

ImagePlus imp = ...  
ImageProcessor ip = imp.getProcessor();  
  
ip.flipHorizontal();  
  
ip.flipVertical();  
  
ip.rotateLeft();  
  
ip.rotateRight();  
  
// rotate WITHOUT enlarging the canvas to fit  
double angle = 45;  
ip.setInterpolate(true); // bilinear  
ip.rotate(45);  
  
// rotate ENLARGING the canvas and filling the new areas with background color  
double angle = 45;  
IJ.run(imp, "Arbitrarily...", "angle=" + angle + " grid=1 interpolate enlarge");  
  
// scale WITHOUT modifying the canvas dimensions  
ip.setInterpolate(true); // bilinear  
ip.scale(2.0, 2.0); // in X and Y  
  
// scale ENLARGING or SHRINKING the canvas dimensions  
double sx = 2.0;  
double sy = 0.75;  
int new_width = (int)(ip.getWidth() * sx);  
int new_height = (int)(ip.getHeight() * sy);  
ip.setInterpolate(true); // bilinear  
ImageProcesor ip2 = ip.resize(new_width, new_height); // of the same type as the original  
imp.setProcessor(imp.getTitle(), ip2); // UPDATE the original ImagePlus  
  
// update screen view of the image  
imp.updateAndDraw();  

ImageProcessor類提供了繪制線條、文字和點等。看看在ImageProcessor的API。

4、低層次的編輯方式：像素數組

ImagePlus imp = ...  
ImageProcessor ip = imp.getProcessor();  
  
// Editing the pixel array  
if (imp.getType() == ImagePlus.GRAY8) {  
    byte[] pixels = (byte[])ip.getPixels();  
    // ... do whatever operations directly on the pixel array  
}  
  
// Replacing the pixel array: ONLY if same size  
if (imp.getType() == ImagePlus.GRAY8) {  
    int width = ip.getWidth();  
    int height = ip.getHeight();  
    byte[] new_pixels = new byte[width * height];  
    // set each pixel value to whatever, between -128 and 127  
    for (int y=0; y<height; y++) {  
        for (int x=0; x<width; x++) {  
            // Editing pixel at x,y position  
            new_pixels[y * width + x] = ...;  
        }  
    }  
    // update ImageProcessor to new array  
    ip.setPixels(new_pixels);  
}  
  
// Replacing the pixel array but of different length: for example, to resize 2.5 times in width and height  
int new_width = (int)(ip.getWidth() * 2.5);  
int new_height = (int)(ip.getHeight() * 2.5);  
ImageProcessor ip2 = ip.createProcessor(new_width, new_height); // of same type  
imp.setProcessor(imp.getTitle(), ip2);  
  
if (imp.getType() == ImagePlus.GRAY8) {  
    byte[] pix = (byte[])imp.getProcessor().getPixels(); // or ip2.getPixels();  
    // .. process pixels ...  
    for (int y=0; y<height; y++) {  
        for (int x=0; x<width; x++) {  
            // Editing pixel at x,y position  
            new_pixels[y * width + x] = ...;  
        }  
    }  
}  
  
// DON'T forget to update the screen image!  
imp.updateAndDraw();  

假設要顯示的ImagePlus，更新圖像僅僅有必須的，

六、保存圖像

1、高層次的方式

ImagePlus imp = ...  
IJ.saveAs(imp, "tif", "/path/to/image.tif");  
  
// or by using the file format extension:  
IJ.save(imp, "/path/to/image.tif");

    

非常多格式都支持。

在IJ類里搜索方法"saveAs"

2、通過FileSaver類

ImagePlus imp = ...  
new FileSaver(imp).saveAsTiff("/path/to/image.tif"); 

該FileSaver類有很多其它的選擇：saveAsTiffStack。saveAsJpeg，saveAsPng。saveAsGif ...等。

這算是ImageJ入門第一篇，介紹一些基本操作，它的擴張機制和實現方式都非常值得研究。希望很多其它的人參與進來。