Java图像处理最快技术：ImageJ

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ImageJ是世界上 最快的纯Java的图像处理程序。它可以过滤一个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：读写所有支持的数据类型为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。也可以扩展许多其他格式 的插件。

图像增强：支持平滑，锐化，边缘检测，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位图像的对比度。

几何操作：裁剪，缩放，调整大小和旋转。翻转垂直或水平。

分析：测量面积，平均值，标准偏差，最小的选择和最大或整个图像。测量长度和角度。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。

下面对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：持有并提供了访问像素的方法。

2、Image对象实例：即java.awt.Image画在屏幕上。

3、ImagePlus对象实例：包括所有的元数据（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变化通过临时实例StackProcessor）

2、Image对象实例：即java.awt.Image画在屏幕上。

3、ImageProcessor对象实例：提供访问当前切片像素。

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实例在任何调用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（）时重新创建 java.awt.Image对象。如果你想改变被反映当前显示在屏幕上的图像，必须修改的像素之后调用updateAndDraw（）。

 

二、创建图像

    1、创建一个图像（详细）

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、创建任意数量任何类型的

         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所有内存资源。

ImagePlus imp = ...   
imp.flush();  

 

注意：如果你持有一个从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。

 

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

四、打开图像

    所有方法都围绕着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 包含http://如何的自动检测并正确解析。如果需要，可以直接调用：

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

 

五、编辑像素 

1、运行ImageJ命令方式，这是一个高层次的方法，像素可以通过调用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() + "]");   
  ...   

任何ImageJ命令可能被应用。你可以找出哪些命令来使用，哪些参数通过运行插件，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、有很多selection/ROI类型：Roi（矩形之一，也是所有其它类型的父类），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有用; 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，它能够存储任意数量的任何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，只需要检查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();  

如果要显示的ImagePlus，更新图像只有必须的，

 

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");

    

很多格式都支持。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类有更多的选择：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很值得研究。希望更多的人参与进来。