成像数据处理从何谈起

有一些朋友希望我能开课分享一下成像数据处理方面的经验。我有所意动,因为这样一方面能够梳理自己的技术体系,另外也能帮助更多人。但是因为这样或那样的原因,这个事情不断拖延到现在也没任何动静。

开课讲数据分析并不容易。虽然我大可以直接分享自己之前的各种案例。但从一个听众的角度看,可能我说的所有案例都不是他感兴趣的(同时也比较难懂),而且因为由于听众缺乏对案例所属项目的背景了解,也无法感受到那种通过分析抽提出数据里的重要信息,然后证明论文观点的喜悦与满足感。另外考虑到这是我第一次讲,也不适合讲那些涉及到很多技术细节的案例。

所以我认为刚开始更适合通俗易懂地讲一些入门的东西,对齐一些基本概念。这样有了一定基础之后,能够通过一些简单的操作满足最普遍最基础的成像数据处理需求,我觉得就实现了这个阶段开课讲成像数据分析之目的。

那么假定听众是一个刚进实验室刚学会使用显微镜的小白,他拿到了一些成像数据之后,需要学习什么?需要了解哪些基本概念呢?其实图像分析有非常多的书籍资料包括视频课程,但可能因为资料过于详细丰富,反而让初学者搞不清什么是重点。所以我觉得我分享经验的关键之处,就是按照我在一个化学生物方向实验室多年的经验,帮大家找出一个降本增效的学习路径,能够满足自己将来在相关研究领域的数据分析需求。

因此我打算不照本宣科,而是纯粹从自己的经验出发,整理出来一些内容来给大家分享。由于我在图像分析方面也是半路出家,所以如果有不专业或者不对的地方,还请批评指正。

成像数据处理,首先我觉得要搞清楚成像数据到底是什么。所以我先在第一篇博客中介绍了成像数据的维度和位深,指出其本质上就是数值矩阵。

成像数据维度

本文简单介绍成像数据的五个基本维度。 使用显微镜获得的原始数据,通常有不同的维度组合,例如: xy:仅平面二维成像 xyc:包含多个通道的二维成像 xyz:三维成像 xyzc:三维多通道成像 xyzct:三维多通道视频 一般来讲,成像数据就是这五个维度。 xyzt 四个维度用于描述时空,剩下一个 c...

数字图像的位深

本文介绍数字图像的位深概念。 成像数据本质上就是由数字组成的一个矩阵。我们采集到的成像数据,如果不断放大,就会看到一个一个像素。这些像素的亮暗,或者颜色的深浅,就代表了这个像素位置的数值大小。 如上图,显示了每个像素位的具体数值,并更换了伪彩。可以看到,图像中的像素值,一般都是正整数。像素值的范围就...

我们通过成像数据记录了样品的时空变化,时空就包含了xyzt四个维度。然后对于不同的目标则通常用通道c这个纬度来表示。如此,五个维度的数据足以描述几乎所有样本的所有信号变化。

数字是成像数据的内在本质,而显示的图片是成像数据的外在表达,或者说可视化方法。所以我接着介绍了图像的对比度,伪彩等基本概念。并简单说明了如何合理地对成像数据进行可视化,即保证一致的对比度与选择合适的伪彩。

图像对比度

介绍图像对比度的作用,调整方法和注意事项。 成像数据本质上就是一堆数字。而我们看到的图像,就是通过特定的表示方法,转换为电子屏幕上显示的各种颜色和亮度。这个就是数字图像的可视化。而可视化的过程,包括了数值到电子屏幕上的映射,又包括屏幕内容到人眼的映射。 例如上图是细胞核二维平面成像展示。我们指定了这...

图像伪彩

介绍图像伪彩的概念和常规用法。 人眼所看到的图像结果,是使用指定的图像伪彩来表示原始的信号数值,然后通过电子屏幕来呈现的。现在的主流电子屏幕,主要还是红绿蓝三种微型显示单元组成的阵列,通过控制红绿蓝三种显示单元的亮度,就可以调配出各种各样的颜色。 所以对于一张 xy 二维图像,我们可以将其像素值映射...

最后,当我们获得了一张好的图片的时候,还需要展示到论文中。这个时候对图像的裁剪缩放以及添加标尺也进行了简单的介绍。

图像标尺

本文介绍图像的像素尺寸与如何添加标尺。 当我们在论文中插入成像结果的时候,一般都需要为图片添加标尺。图像标尺反映了图像像素单位和实际物理尺寸的关系。而要绘制图像标尺,需要知道像素尺寸 pixelsize ,其实就是指一个像素的包含的区域实际大小。需要注意的是,对于 xy 二维图像,一般情况下一个像素...

在这部分的内容中,我并没有讲具体的成像数据分析。如同《舌尖上的中国》 那句经典旁白:“上好的食材往往只需要简单的烹饪”,我认为最好的成像数据分析就该是这个样子:把数据用 ImageJ 打开,调整下对比度和伪彩,然后加个scale bar就能放到论文里。但毫无疑问这对数据质量要求很高,要能够达到让人见图即懂无需分析的地步。

ImageJ是我觉得最适合初学者入门的图像分析工具,没有之一。ImageJ 在图像分析工具领域的地位,相当于C语言在编程语言界的地位。它开源免费多种操作系统都能使用这些优点自不必说。最重要的是它囊括了图像数据分析的方方面面,并且插件非常丰富,几十年至今开发者依然活跃。所以在介绍完一些基本概念后,接下来的第二部分内容,我会着重介绍 ImageJ 这个工具进行测量的基本用法。敬请期待。