Java图像处理最快技术：ImageJ 学习第一篇

Posted 2021-02-14 ldxsuanfa

ImageJ是世界上最快的纯Java的图像处理程序。

它能够过滤一个2048x2048的图像在0.1秒内（*）。

这是每秒40万像素！ImageJ的扩展通过使用内置的文本编辑器和Java编译器的ImageJ的开发插件。500多插件可用。

数据类型：8位灰度或索引色，16位无符号整数，32位浮点和RGB色彩。

文件格式：读写全部支持的数据类型为TIFF（非压缩）或原始数据。

打开和保存GIF，JPEG，BMP，PNG。PGM，FITS和ASCII。打开DICOM。使用URL打开的TIFF、GIF文件、JPEG文件、DICOMs和原始数据。也能够扩展很多其它格式 的插件。

图像增强：支持平滑。锐化，边缘检測。中值滤波和阈值的8位灰度和RGB彩色图像。

交互方式调整亮度和8位，16位和32位图像的对照度。

几何操作：裁剪，缩放。调整大小和旋转。翻转垂直或水平。

分析：測量面积。平均值，标准偏差，最小的选择和最大或整个图像。

測量长度和角度。使用现实世界中的度量单位。如毫米。校准使用密度标准。生成柱状图和剖面图。

色彩处理：分裂一个32位彩色图像转换成RGB或HSV分量。

合并8位组件成彩色图像。RGB图像转换为8位索引颜色。应用伪彩色调色板为灰度图像。

基于ImageJ的项目有、CellProfiler（细胞图像分析）、idoimaging（医学影像）、ImageSurfer（3D可视化和分析）、MIPAV（3D成像和可视化）、NITRC（神经影像学工具和资源）等。

以下对ImageJ的编程基础介绍一下。

一、ImageJ的图像剖析

ImageJ的 图像由三个部分组成：

1、ImageProcessor对象实例：持有并提供了訪问像素的方法。

2、Image对象实例：即java.awt.Image画在屏幕上。

3、ImagePlus对象实例：包括全部的元数据（标题，属性）、ImageProcessor和Image。

ImageJ的 图像堆栈由四部分组成：

1、ImageStack对象实例：持有像素阵列的阵列（LUT变化通过暂时实例StackProcessor）

2、Image对象实例：即java.awt.Image画在屏幕上。

3、ImageProcessor对象实例：提供訪问当前切片像素。

4、ImagePlus对象实例：持有ImageStack、ImageProcessor和Image。

使用堆栈时，要谨记以下几点：

1、ImagePlus的ImageProcessor实例在不论什么调用setSlice（INT）时都由它的像素替换对象。

2、ImageStack.getProcessor（int）在每次调用时都返回一个新的ImageProcessor。是?一个消耗大的操作。

3、ImagePlus的java.awt.Image中在每次调用setSlice（int）时被更新。

当ImagePlus调用updateAndDraw（）时又一次创建 java.awt.Image对象。假设你想改变被反映当前显示在屏幕上的图像，必须改动的像素之后调用updateAndDraw（）。

二、创建图像

? ? 1、创建一个图像（具体）

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(); ?

? ??有几个ImageProcessor类，每一个都有自己专门的构造函数。ByteProcessor，ShortProcessor，FloatProcessor和ColorProcessor。

? ? 2、创建一个图像（简单方式）

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

? ? 3、创建随意数量不论什么类型的

? ??? ???A、一个简单的8位的400x400像素的灰度图像

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、堆栈的400×400像素的10色图片

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、销毁图像

调用flush()将释放所使用的ImagePlus全部内存资源。

ImagePlus imp?=?... ?
imp.flush(); ?

注意：假设你持有一个从ImagePlus.getProcessor（）方法获得ImageProcessor。即ImageProcessor的像素数组指针将被设置为null。

你应该改为调用ImageProcessor的duplicate（）。或直接通过getPixels（）得到它的像素。并把它们存储在相同的尺寸的新ImageProcessor。

相同，java.awt.Image中获取自己的flush（）方法调用也是如此。

四、打开图像

? ??全部方法都环绕着ij.io.Opener类展开。

? ? 1、高层次的方式，从文件或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、从文件打开

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

? ? 3、从URL打开

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://怎样的自己主动检測并正确解析。假设须要，能够直接调用：

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

五、编辑像素

1、执行ImageJ命令方式，这是一个高层次的方法，像素能够通过调用ImageJ的命令编辑图像：

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()?+?"]"); ?
??... ?

不论什么ImageJ命令可能被应用。

你能够找出哪些命令来使用，哪些參数通过执行插件，并手动调用的ImageJ打开的图像上的菜单命令。

2、中级层次编辑方式：ImageProcessor（ROIs/selections）

在图像上绘制或填充ROI（感兴趣区域）：

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类型：Roi（矩形之中的一个。也是全部其它类型的父类），Line, OvalRoi, PolygonRoi, PointRoi, FreehandRoi, ShapeRoi, TextRoi。

另外有一些子类型。如PolygonRoi里的POLYGON、POLYLINE 类型。

B、大部分的ROI是用于编辑图像非常实用; 一些用于图像分析（Line。PointRoi。TextRoi）。

C、最强大的ROI是ShapeRoi：java.awt.geom.GeneralPath支持它，它能够存储随意数量的不论什么形状的不连续区域的。

D、ip.fill(ip.getMask())方法是最安全的，可在各种场合使用，仅仅须要检查ImageProcessor的mask通过getMask()返回的不为null。

旋转。翻转和缩放图像（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类提供了绘制线条、文字和点等。看看在ImageProcessor的API。

4、低层次的编辑方式：像素数组

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(); ?

假设要显示的ImagePlus，更新图像仅仅有必须的，

六、保存图像

1、高层次的方式

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类里搜索方法"saveAs"

2、通过FileSaver类

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

该FileSaver类有很多其它的选择：saveAsTiffStack。saveAsJpeg，saveAsPng。saveAsGif ...等。

这算是ImageJ入门第一篇，介绍一些基本操作，它的扩张机制和实现方式都非常值得研究。希望很多其它的人參与进来。