圖像軟件功能特性剖析

1、IPP同類軟件功能 / 特性/比較(一) NIS-Elements NIS-Elements為尼康公司新近推出的顯微圖像處理軟件, 它包括三個不同功能定位的產品, 由低到高分別為: NIS-Elements D (Documentation), NIS-Elements Br (Basic Research) 以及 NIS-Elements Ar (Anvanced Research)。1 NIS-Elements Ar 基本功能1.1 圖像采集· 多維采集: 時序+ Z軸+多熒光通道(需插件, 方可支持6D)· 高速采集: RAM 采集. · 顯微鏡及外設, 相

2、機的控制1.2 圖像瀏覽· 多維圖像瀏覽器(ND viewer)· 同步預覽兩張或多張多維圖像· 讀取Nikon 共聚焦圖像 1.3 圖像處理· 色彩調整: 各個色彩的Hue通道單獨調整, 提取彩色圖像的RGB及HIS通道· 濾鏡: 平滑, 銳化及邊緣檢測等· 圖像運算: 彩色圖像間的A+B/A-B/Max/Min· 通道合并: 維持原來的圖像位深，合成多個熒光通道至RGB圖像· 形態(tài)學處理:多種濾鏡1. 基本形態(tài)學濾鏡: 腐蝕, 膨脹, 開啟, 關閉 2. 等位轉換(Homotopic transformatio

3、ns): 清除(Clean), 填洞(Fill holes), 邊緣, 光滑, 3. 骨架化: 中軸(Medial axes), 骨架化, 修剪 4. 形態(tài)學分離及其它濾鏡1.4 圖像測量· 手動測量: 測量參數如:分類學, 計數, 長度, 半軸(semiaxes), 角度等, 可在圖像上直接劃對象測量, 結果輸出至EXCELL· 自動測量: 創(chuàng)建二值圖像, 參數包括:面積, 長度,密度以及比色測定等, 可自動測量超過90個對象及視野的特征· 分類: 根據用戶要求, 基于不同的像素特征來分割圖像像素: 如亮度值, RGB值, HIS值以及忽略亮度值的RGB值, 分

4、類數據以單獨文件保存 · 亮度曲線: 兩點線, 水平線,垂直線及多線亮度測量· 時間測量: 在線或離線記錄特定時間間隔, 特定探針的平均像素亮度值, 支持Ratio測量1.5 報告生成器· 創(chuàng)建用戶化報告: 包括圖像, 測量數據, 數據庫簡介, 用戶文本, 圖表等· 直接創(chuàng)建PDF文本1.6 圖像拼接 借助電動載物臺, 拼接高分辯率的超大圖像1.7 宏功能2 插件(可選): 下述插件可與不同版本的NIS-Elements組配1 多維采集: 采集維數6: X+Y,+Z+熒光通道+時間+多個樣品點; 有效的工作流程控制及直觀的GUI界 面便于采集圖像至ND2

5、 序列文件; 用戶可為每一維數設立合適的參數; 軟硬件無縫集成, 提供優(yōu)良的試驗結果；圖像可轉換至其它支持的圖像或視頻文件格式2 二維實時反卷積: 運用Auto Quant公司的反卷積算法, 便于觀察活體樣品內發(fā)生的細微生物學事件3 三維反卷積: 利用Auto Quant公司的反卷積算法, 去除序列圖像焦平面外的模糊信息4 EDF: 運用自動聚焦的電動載物臺, 進行超高分辯率大圖像拼接,:單一GUI窗口便于進入圖像記 錄工具, 加速采集流程. 將采自不同焦面上的Z序列圖像合成為一張全聚焦圖像, 生成體視 圖(stereovision image)及3D表面曲線圖(Virtual 3D surf

6、ace image)5 圖像數據庫: 一鍵式操作, 集成圖像采集以及指定的數據庫輸出討論：1 該軟件為 NIKON 從 捷克軟件公司 Laboratory Imaging OEM 產品。 2LIM 公司主要經驗在材料應用方向。進入生物領域時間不長，應此該新產品需要相當的時間才可能成熟。該產品由美國NIKON 公司發(fā)起，日常需要美國與捷克溝通，其合作的長期穩(wěn)定性也是疑問。3新產品沒有參考文獻， 要得到中國生物用戶的認可并不容易。產品功能方面：1 NIS-Elements D 為單窗口軟件，沒有測量和處理功能，只能作為最低級的采圖工具。2 NIS-Elements Br (Basic Resear

7、ch) 有類似IPP基本的測量和處理功能。但不含：Database 為插件，EDF 為插件，Alignment (調整)，Macro(只能運行寫好的macro, 不能開發(fā)和用戶化)，Tracking (可選 time measurement 模塊，此模塊只能測量強度隨時間變化，只是IPP Tracking 的一個功能而已。 )。3NIS-Elements Ar (Advanced Research) Database 為插件，EDF 為插件，Tracking (可選 time measurement 模塊，此模塊只能測量強度隨時間變化，只是IPP Tracking 的一個功能而已。4 改產品沒

8、有 3D constructor 功能模塊。3 NIS-Elements 三個不同版本Ar, Br及 D功能比較(二) Simple PCI Simple PCI 是Compix Inc., Imaging Systems公司的產品, 該公司于1987年在美國賓州成立2003年被Hamamatsu Photonics Management Corporation(Delaware)收購. SimplePCI 為通用分析處理軟件，適合于醫(yī)學、生物、科研、工業(yè)和其他領域的專業(yè)圖像處理系統(tǒng). 其圖像處理產品由基本功能軟件: Simple PCI Core加上6個功能擴展模塊: AIC(自動采集),

9、IPA(圖像處理與跟蹤), DIA(活細胞成像及分析), DNN(反卷積), QFA(FRET分析), VIZ(3D重建)組成.1 Simple PCI Core功能: · 支持多個處理器系統(tǒng)· Multi-threaded 應用 Windows XP, 2000, NT 及98 · 支持TWAIN輸入設備，直接控制獲取圖像· 支持多種圖像格式：TIF、JPG、BMP、PCX、PSD, AVI等· 圖像處理功能: BCG調整, RGB色彩通道分離，形態(tài)學濾鏡，偽彩工具，數學運算, 圖像混合/疊加, 不同通道圖像的同位性分析，RGB熒光合成圖像的

10、偏移校正· 基于灰度和色彩閾值分割, 自動或手動提取對象, 并可運用高級圖表工具手動定義對象· 自動測量分析功能: 參數有大小、形狀, 密度和位置四大類(共150多個), 內置等式編輯器; 測量數據以列表、統(tǒng)計圖顯示，并可與原圖像同步定位顯示; 測量數據可導出至Excel表格, 并可放至圖像數據庫中, 方便快速查找或打印 · 線性光強度曲線分析, 可從不同角度查看圖像的3D光強度曲線圖· 由大序列圖像創(chuàng)建蒙太奇, 圖像瀏覽器方便直接預覽查找圖像· 自Isometric 曲線創(chuàng)建AVI電影, 輸出及播放序列圖像的AVI電影·

11、最大及最小投影處理序列圖像 · 圖像注釋工具· 序列切片的3D圖像重構, 自3D 渲染圖創(chuàng)建AVI電影(與下述VIZ模塊的功能有無差別?)2 功能模塊2.1 AIC 模塊(自動采集模塊)· 支持 RS170, CCIR, RGB , NTSC, PAL, Y/C標準的視頻相機及VCRs · 在線亮度直方圖及亮度曲線圖測量· 支持Hamamatsu, Photometrics, Princeton, Diagnostics及DVC等相機 · 任一款相機的數字軟件自動聚焦 · 實時均化消除噪音, 陰影更正及背景較正 ·

12、 支持多種圖像文件格式 · 不同大小及位深的圖像管理· 自動控制 X-Y 電動載物臺, Z 軸馬達, 濾片輪, 快門,單色鏡發(fā)生器及可調濾鏡 · 多熒光通道圖像的靈活疊加至 DIC或相差圖像上· 高速采集序列圖像及控制采集時序圖像· 多物鏡的較正文件存儲· 同步采集多點及時序圖像 2.2 IPA 模塊(圖像處理+細胞跟蹤模塊): · 以TIFF, PICT, PSD, EPS, GIF, BMP, JPEG及其它格式輸出圖像 · 以Median, Smooth, Gradient, Sobel, laplacian

13、, Kirsch, Erode, Dilate及其它濾鏡處理圖像 · 圖像運算· 灰度閾值分割提取對象, 或以RGB,HSL色彩通道提取彩圖中的對象,或采用畫圖工具自定義測量對象· 采用接受/拒絕/描繪/擦除編輯器修正二值對像· 自動測量, 測量參數150個以上, 內建有測量等式編輯器 · 以統(tǒng)計圖, 直方圖或表格互動性地顯示測量數據, 測量數據可輸出至EXCELL表格· 根據測量對象的大小, 形狀, 位置, 色彩, 亮度組合等數值來篩選對象· 具有宏功能 (work files) · 可以快速跟蹤多個對象

14、3; 跟蹤參數可以選擇, 包括對象的直線與曲線運動速度等· 以AVI文件保存跟蹤對象, 可播放, 查看單個對象的運動軌跡· 獲得的跟蹤信息有: 細胞位置, 細胞面積, 運動距離, 速度, 方向, 點數(軌跡中含有同一對象的連續(xù)楨數),直度, 線性化(, ALH平均及最大值( ), 圓徑, BCF等· 實時圖像采集, 需添加AIC模塊2.3 DIA 模塊(活細胞成像與分析模塊)· 自定義測量AOI· 建立實驗事件標記 · 在線采集, 處理與分析試驗數據 · 繪制單個, 多個或平均細胞活性的曲線 · 流線化地導入序列圖

15、像至內存或磁盤 · 進行單, 雙或三通道掃描, 描繪數據曲線 · 處理Ratio圖像數據文件, 測量Ca+ 及pH值等· 設定時間間隔采集圖像· 實時背景扣除, 或采用數學方法更正其值 · 輸出數據至Excell表格· 實時圖像采集, 需添加AIC模塊2.4 DNN 模塊(反卷積模塊):· 快速2維盲算法恢復性反卷積, 自動計算點擴展函數 · 快速算法去除圖像的模糊· 適用于單張或序列圖像, 適用于熒光圖像, 適用于整張圖像或AOI區(qū)域· 處理界面直觀· 采用基于AutoQuant 公

16、司的成熟算法 2.5 QFA模塊(FRET分析模塊):· 更正包括: 完全FRET, Micro-FRET, 2濾鏡FRET以及受體的光漂白· 基于整張圖像或每個像素, 顯示每一更正方法的數值· 規(guī)范化包括: 受體/供體之積, 受體/供體之積的平方根, 單獨供, 受體 · 顯示準確的較正, 規(guī)范化及轉移效率計算公式· 圖像采集及分析集成了AIC模塊· 自動計算或輸入串色系數· 利用灰度或彩色閾值分割以及繪圖工具提取對象2.6 VIZ 模塊(3D重建模塊):· 硬件加速顯示· ISO表面重構· 圖

17、表分析及正交切面觀察· 最大值, 最小值, Alpha混合觀察· 定制熒光基團染色· 場景及群體模式集成· 輸出3D電影 討論：1. Simple PCI Core 價格便宜 （IPE）， 但其功能主要是離線分析功能。只能以外掛方式控制相機 （采用 TWAIN 驅動）。對生物用戶， 需要配 AIC 模塊(自動圖像采集)才能采集時序圖像 （timelapse）, 要配 IPA+MTA（圖像分析及動態(tài)跟蹤）作自動跟蹤。這樣其功能才接近 IPP+Scope-Pro (IPP-MC), 但報價已遠高于 IPP-MC.2. Simple PCI 分析功能 （加 I

18、PA 后）只類似于 IPP4.5 水平，沒有IPP5.0 后添加的 Alignment, Tiling, Tracking 等深受生物用戶歡迎的功能。IPP 固有的一些實用工具如：彩色管理(color managements)，手動計數(manual tag)，卡尺 (caliper), 數據收集 （data collector）, 3D Filter 等也沒有。3. Simple PCI 的macro 功能只限于 Record, 不能方便編輯，不能與 IPP 的 macro 相比。4. 對于高級應用，如需要 IPP AMS 產品的時候，SimplePCI系列沒有任何價格優(yōu)勢。(三) Meta

19、 Morph MetaMorph是UIC( Universal Imaging Corporation)公司的產品. 按照功能定位, 它包括MetaMorph, MetaVue以及Metafluor三個軟件產品. 其中MetaVue是MetaMorph的經濟版, 前者可以升級, Metafluor是專為Ratio成像與分析而設計的模塊, MetaMorph與Metafluor可以合裝為一個完全版. 1 MetaMorph性能參數 1.1 系統(tǒng)要求· 奔騰處理器, · Windows95/98/N/Workstation4.0/2000操作系統(tǒng)· CD-ROM光驅&

20、#183; 64M或更高內存· 60M磁盤空間(僅用作軟件安裝)· 24位電腦顯示器1.2 標準特性· 顯示, 載入, 存儲二值, 8位(灰度, 調色板圖像), 16位, 24位及48位(RGB)圖像類型· 彩色合成與分離24位及48位圖像· AOI區(qū)域包括長方形, 橢圓, 線條以及自由形式· 堆棧圖像處理包括: 堆棧圖像算術運算, 3D重構, 最佳聚焦, 蒙太奇, 拓樸表面圖, 正交平面圖察看, 電影創(chuàng)建· 自動爆光(符合相機標準)· 流線式采集, 時序圖像采集· 自動時序圖像及光譜掃描采集·

21、 Z軸序列圖像采集(符合Z軸馬達標準)· 快速傅立葉轉換· 圖像直方圖· 圖像覆蓋及熒光同位性分析· 熒光圖像的陰影較正(Shade Correction)及背景扣除· Ratio圖像· 圖像運算：加，減，乘，除，以及ND, OR, XOR, 最小值，最大值以及平均值等邏輯運算· 形態(tài)學處理：腐蝕，膨脹，骨架，輪廓，分割，單像素去除，位距離圖· 濾鏡包括：銳化，低通，邊緣檢測，鈍化蒙影(Unsharp Mask)，中值，去模糊，定制內核· 反卷積· 整體形態(tài)學分析包括：測量總面積，孔面積，標準面

22、積計數，周長，質點，寬度，高度，朝向，長度，窄度(breadth)，形態(tài)指數，平均灰度，總灰度，光密度及橢圓的傅立葉分析及其它等· 定制工具欄及工作流程· 數據輸出至文本及xcell表格，支持動態(tài)數據交換· 通過任務欄及日志（Journal）實現(xiàn)實驗工作的自動化· 通過電話或電子郵件實現(xiàn)技術支持及應有咨詢· 互動式的培訓光盤· 電子或在線文檔記錄1.可選基本系統(tǒng)功能（符合整體系統(tǒng)標準）· 多維圖像采集及分析· 熒光波長及軸采集的流式化（專利保護patent pending）· 照明設備控制：包括濾片輪，快

23、門，單色鏡發(fā)生器以液晶可調節(jié)濾鏡）· 自動聚焦· 運動分析，包括自動對象跟蹤· 圖像同位性分析及相關性測量· 定制（串并口）· 載物臺設備控制包括：，ikon，arzhauser，Prior,Lud1· Z軸設備控制包括：ikon，Physik, Piezoelectric Focus設備（iFoc）, Prior,Lud1, ASI· Sutter DG-4波長轉換器，Lambda 10-2濾鏡輪· niblitz快門1.采集選項（部分列出）· 單色及彩色視頻相機制式：RS170, 合成CCIR, RG

24、B , NTSC, PAL（要求采集卡）· Roper科研級相機（Princeton Instrument）包括：MicroMAX, PentaMAX, ST138· Roper科研級相機（Photometrics）包括：PXL, Sensys, Quntix, CoolSnap· Hamamatsu on-chip集成相機包括：，以及rca系列· Diagnostic Instrument 的相機1.自動顯微鏡控制· Leica· Nikon· Olympus· Zeiss 2 Metafluor功能 MetaF

25、luor是專為單波長或雙波長細胞內離子濃度的測量而設計的。適用于Fura-2，BCECF，Indo-1等常用Ratio指示劑。MetaFluor能同時顯示原始波長的圖像（多達四種波長），比例圖像（可同時做兩種不同指示劑的比例圖像），不同細胞的光密度、Ratio及離子濃度變化曲線等。2.1 CCD相機及顯微鏡周邊設備的控制: · 科學級、冷卻式CCD相機· 高速快門，以減小激發(fā)光對樣品的損害· 波長切換裝置, 如LB10-2 濾片輪，DG-4，Ludl濾片輪，MultiSpec MicroImage等2.2 圖像及數據處理功能: · 在同一實驗中對兩種不同

26、的指示劑做Ratio· 可將試驗數據轉存為文本文件、Excel等格式· 同時分析指定的多個區(qū)域，并測定隨時間變化的多個參數如：亮度, 累積亮度，閾值面積, Ratio值, 或標定的離子濃度· 可定義上千個自由或標準形態(tài)區(qū)域· 四個不同的曲線圖可同時顯示指定區(qū)域測量值的變化· 實驗圖像可以編輯為電影格式，并保存為AVI格式討論：1 UIC 被 MD 收購后，銷售渠道，產品開發(fā)和售后服務各地都出現(xiàn)問題。用戶和渠道滿意度下降。2 MetaMorph 功能與 IPP 類似，但沒有IPP5.0 后添加的 自動Alignment, Tiling 等深受生物

27、用戶歡迎的功能。3 MetaMorph 的 tracking 功能遠不如 IPP 靈活和強大。4 MetaMorph 的macro 功能(Journal) 基本只限于 Record, 編輯困難，無法滿足高級用戶化需求，功能擴展困難。5 3D Constructor 模塊無法與 IPP 3DConstructor 相比。6 價格高。7 Metafluor 由于進入市場早， 用戶基礎多，有優(yōu)勢。但 Invivo + IPP 的軟件包功能更強大靈活！進入高端市場只是時間問題！ 二 IPP與其它軟件功能比較表 （未完成）1 基本功能 功能選項IPPNIS elements ArSimple PCIMM

28、/MV 圖像采集采集設備控制(plug-in)采集參數設置(plug-in)時序圖像(plug-in) 圖像增強灰度范圍顯示BCG調整直方圖均衡unknownunknownunknown 圖像處理Filters2-D 濾鏡(全)(部分)(Plug-in)(全)3-D 濾鏡No No No限制性膨脹No unknownunknown快速傅立葉變換No No背景較正unknown有陰影較正對象描繪unknown Graphics drawig tools? unknown閾值分割圖像運算(算術)AOI工具圖像注釋圖像批處理unknownunknownunknown圖像轉換色彩通道提取/ 彩色合成偽彩色 No網柵蒙影unknownunknown鈍化蒙影?圖像匹配unknown熒光通道匹配Un