Návod pro laboratorní úlohu z měřicí techniky Práce O4
Obrazová analýza pomocí scanneru
1
1
Úvod:
Tato laboratorní úloha je koncipována jako seznámení se s principy snímání obrazů pomocí scanneru a jejich následnou obrazovou analýzou programem NIS-Elements (resp. NIS Elements, firmy Laboratory Imaging) . Základním předpokladem pro úspěšné provedení obrazové analýzy je správné sejmutí obrazu analyzovaného materiálu. Tento proces je ovlivňován mnoha faktory, z nichž nejdůležitějšími jsou charakter materiálu (tloušťka, průhlednost, barva) a kvalita scanneru. 1.1
Scanner Scanner je plnohodnotný opak tiskárny – světlem snímá informace na papíře a převádí je do digitální podoby nul a jedniček. Většina scannerů snímá barevně, málokteré jsou však schopny skenovat automaticky několik stránek papíru za sebou. Nejpoužívanějšími scannery jsou stolní, deskové scannery, které pracují stejně jako kopírka: Na skleněnou desku se položí předloha (která může být více plastičtější, než je papír – kupříkladu propiska, brýle, krajíc chleba), přikryje se a skenuje. Z pojízdného ramena je svazkem paprsků vždy snímán celý řádek bodů, při průchodu přes celou snímací plochu je tak osvětlen celý dokument (objekt). Odražené světlo je optickou soustavou (zrcadla, čočky) usměrněno na elektronické prvky CCD citlivé na světlo, které převádí analogové informace o intenzitě světla do digitální podoby. Snímaná předloha je vyhodnocována jako matice bodů, přičemž každému bodu je přiřazen jeden z 32 až 255 odstínů šedé barvy (rozsah od bílé po černou je rozdělený na 32 až 255 různých hodnot). Stupeň šedi se získá vyhodnocením intenzity odraženého světla od ozářeného bodu. Jako světelný zdroj se používá laserový paprsek nebo skupina svítivých LED diod. Jim jsou přiřazeny fotodetektory. Takto sejmutý obraz, rozložený na body, se přes kabel, adaptér a DMA ukládá do videopaměti a následně se zobrazí na obrazovce. (pozn. DMA = Direct Memory Access, tj. přímý přístup do paměti, jedná se o schopnost sběrnice posílat data přímo z připojeného zařízení (např. scanner) do paměti)
•
•
•
Rozlišení je základní parametr každého scanneru, který z velké části vypovídá o jeho kvalitě – čím vyšší, tím lepší. Stejně jako u tiskáren se udává v jednotce dpi (dots per inch), čímž oznamuje, kolik bodů bude naskenováno z jednoho délkového palce; například 300 dpi znamená, že skenovaná linka o délce jednoho palce (2,54 cm) bude zaznamenána 300 body v grafickém formátu obrázku. Neboli, scanner s vyšším rozlišením zaznamená více detailů (někdy i zbytečně mnoho), je to však vyváženo delším časem snímání předlohy a větší velikostí uloženého obrázku. Aby vše nebylo tak jednoduché, rozlišujeme u scannerů dva typy rozlišení: Optické – neboli také pravé rozlišení. Udává, kolik bodů skutečně scanner „vidí“ – kolik senzorů má vměstnaných v délce jednoho palce. Často se rozlišení uvádí jako 300×600 dpi či 600 ×1 200 dpi, což znamená, že v jednom směru má scanner skutečně pouze 300 či 600 snímacích senzorů, nicméně v druhém směru s nimi umí pohybovat jemněji, v 600 či 1 200 mezikrocích. Interpolované – neboli domyšlené rozlišení. Udává, kolik bodů si umí scanner dopočítat z toho, co je skutečně schopen nasnímat. Je-li optické rozlišení scanneru 300 dpi, ale my snímáme v rozlišení 600 dpi, výsledek má každý druhý bod v horizontálním i vertikálním směru dopočítán jako střední hodnota z barevných hodnot bezprostředně sousedících bodů, které byly skutečně naskenovány. Výsledek je tedy z více jak poloviny (i když rozumně) vymyšlený. Interpolované rozlišení mohou mít scannery až několikanásobně vyšší než optické rozlišení, obvykle až 4 800 dpi či 9 600 dpi. Snímáním v takovém rozlišení však nedostaneme detaily, které jsou na originálu patrné, ale pouze rozmazaný náznak originálních obrysů !!!
2
Snímání barevného obrazu probíhá třemi způsoby: • Předloha se snímá 3x a to vždy s jiným filtrem a dílčí obrazy se poté skládají do výsledného obrazu. Kvalita je závislá na kvalitě vlastní mechaniky. Každá sebemenší nepřesnost se projevuje neostrostí obrazu. • Předloha se snímá 1x, ale každá řádka je osvětlena postupně třemi filtry těsně po sobě. Časově je tato metoda rychlejší. • Používá se jedna lampa a rozklad světla přicházející od předlohy se provádí pomocí optického hranolu na 3 základní barvy a paprsky se vedou na 3 řádkové snímače CCD. Protože se jedná vždy o velmi přesné umístění snímače, dochází často k barevnému zkreslení. 1.2
Skenovaný materiál Skenovat je možné prakticky cokoliv, ale měli bychom si uvědomit, že scanner poskytuje plošný obraz pouze té strany objektu, která je položená na sklo. Navíc jsme omezeni velikostí, většina scannerů má rozměr skla formátu A4 (tj. 210 × 297 mm), větší objekty je nutné skenovat postupně a poté složitě skládat výsledný obraz z dílčích. Limitující je také již zmíněné rozlišení scanneru, které nám povoluje kvalitně sejmout pouze detaily omezené velikosti (to je v podstatě stejné jako při fotografování). Ani hloubka ostrosti není u scanneru velká, ostře sejme skutečně pouze materiál ležící na jeho desce, detaily, které leží nad deskou jsou rozmazané, případně tmavé. Z tohoto hodnocení vyplývá, že pro skenování, se kromě klasických fotografií nebo jiných předloh na papíře, hodí spíše plošné objekty větších rozměrů (detaily větší než 1 mm, celkový rozměr menší než A4).
2
Použité zařízení - Multifunkční zařízení OKI C5540 MFP.
Pomocí tohoto víceúčelového zařízení je možné tisknout nebo kopírovat barevné i černobílé obrazy vysokou rychlostí na celou řadu kancelářských tiskových médií a také snadno skenovat papírové dokumenty i jiné ploché objekty a vzniklý obraz odesílat na různá místa (e-mailové adresy, tiskárny, servery FTP nebo počítače propojené do sítě).
Toto víceúčelové zařízení nabízí následující funkce: Skenování do e-mailu, na server FTP nebo do adresáře na libovolném počítači síťově připojenému k tomuto zařízení. Skenování je možné v kvalitě až 1200 dpi, získané snímky mají tedy velmi vysokou kvalitu a jsou vhodné i pro měření v rámci obrazové analýzy Rychlý tisk až 16 plnobarevných stránek za minutu pro barevné, profesionálně vyhlížející prezentace a jiné dokumenty. Rychlé kopírování až 8 plnobarevných kopií za minutu (při rozlišení 300 dpi). Rychlý a výkonný černobílý tisk až 24 stránek za minutu pro běžné dokumenty. Rychlé a výkonné černobílé kopírování až 16 stránek za minutu (při rozlišení 300 dpi) pro běžné dokumenty. Rozlišení 1200x600 dpi umožňující tisk vysoce kvalitních obrázků s nejjemnějšími podrobnostmi. Rozlišení pro kopírování 600x600 dpi. ….a další funkce zařízení jako (síťové) tiskárny, kopírky a scanneru (oboustranný tisk díky duplexní jednotce, odeslání více stránek ke kopírování nebo skenování, …. )
3
3
Použitý software
3.1
ScanSoft Paper Port 9.0
Program ScanSoft Paper Port 9.0 slouží ke skenování dokumentů i jiných obrazů multifunkčním zařízením OKI C5540 MFP. Tento program umožňuje nejen získání obrazu prostřednictvím scanneru, ale také následnou úpravu obrazu pomocí základních funkcí zaostření, vyhlazení, vyvážení jasu a podobně. V této práci bude program ScanSoft Paper Port 9.0 používán pouze ke skenování, ostatní úpravy obrazu již budou prováděny programem NIS-Elements. Po spuštění programu se otevře okno, které nabízí nastavení formátu a charakteru skenovaného objektu (textu nebo obrázku) a souboru, kam budou ukládány naskenované obrazy. V této úloze využijeme pouze skenování obrazů nikoliv dokumentů. Nastavení a přesné ovládání programu bude popsáno v návodu, který obdržíte na začátku laboratorního cvičení. 3.2
NIS-Elements AR 2.30
Program NIS-Elements (do srpna 2006 s obchodním názvem LUCIA) je nejpoužívanější software pro obrazovou analýzy na VŠCHT Praha a jeden z nejpoužívanějších v ČR. Důvodem této obliby je to, že má českého výrobce Laboratory Imaging, s.r.o. a tudíž i českou jazykovou verzi, což je velmi výhodné především pro výuku. NIS-Elements je systém obrazové analýzy určený ke sledování, snímání, archivaci a ručnímu nebo automatizovanému měření preparátů. Používaný snímací systém nejčastěji tvoří optický přístroj (mikroskop, stereomikroskop resp. makrooptika nebo jako v této práci scanner), dále kamera nebo digitální fotoaparát, nezbytný počítač a softwarové vybavení. Vybavení programu NIS-Elements je možné rozdělit do několika stupňů rozdělených podle náročnosti prováděné obrazové analýzy, v této laboratoři je používán III. stupeň nazvaný NISElements Advanced Research. NIS-Elements Advanced Research - III. stupeň Softwarové vybavení určené pro plně automatizované a náročné úlohy, často spojené s rozhodovacími procesy během měření. Advanced Research obsahuje veškeré možnosti Measurementu (tj. základní verze programu = I. a II. stupeň); většina funkcí je dále posílena o doplňky k speciálnímu použití. V základní programové výbavě NIS-Elements Advanced Research obsahuje následující prvky, z nichž některé budou podrobněji popsány v následujících odstavcích:
Nastavení a ovládání snímací kamery Živé zobrazení na monitoru resp. výběr části obrazovky, kde je živý obraz Snímání jednotlivých snímků, sekvence (sady) snímků, snímání velkých obrázků Úprava sejmutého obrazu základními nástroji (kontrast, SW doostření, SW vyhlazení) Rozměrová kalibrace systému pro jednotlivé optické konfigurace (pro více zvětšení) Ruční proměřování délek, ploch a úhlů pomocí myši s výstupem dat Prahování - segmentace obrazu na objekty a pozadí Základní binární operace na segmentovaném obrazu (eroze, dilatace, otevření, zavření, zaplnění děr, obrysy...) Ruční editor binárního obrazu
4
Automatizované měření planimetrických veličin (plocha, max. a min. rozměry, protažení, cirkularita, délka, šířka.) Programování - vytváření maker pro opakující se úlohy Úprava barevných obrazů obsahuje morfologické funkce (erozi, dilataci, morfologický gradient, detekci hran.) Úprava binárních obrazů obsahuje rozšířené funkce (separaci binárních objektů, skeleton, ořezání konců čar, zóny vlivu, jednobodové značení.) Srovnávací funkce pro dva barevné obrazy (vzájemné posuny, otočení, smrštění nebo roztažení, diferenční funkce) Kombinace více binárních obrazů - binární operace (průnik, sjednocení, porovnávání, odečítání) Měření v masce - lze měřit v libovolně velké ploše různého tvaru, může být složena i s více vzájemně nepropojených oblastí; masku lze vytvořit prahováním nebo ručním editorem; lze vzájemně propojit masku a binární obrazy Měření s omezením veličin (např. jen objekty s plochou větší než 50 µm) … a řada dalších funkcí
Příklad využití funkcí měření v programu NIS-Elements (zdrojem obrazů je prospekt k programu NIS-Elements vydaný firmou Laboratory Imaging, s r.o.) Pro náročnější a speciální operace obrazové analýzy lze k základnímu programu NISElements Advanced Research (příp. NIS-Elements Image resp. Measurement) zakoupit další přídavné moduly, které nám umožní např. rozšířené ovládání zařízení mikroskopu nebo náročnější analýzu získaných snímků.
5
Obecný postup analýzy obrazu programem NIS-Elements Advanced Research je následující: 1. Sejmutí obrazu V této úloze je obraz snímán programem ScanSoft Paper Port. Snímání obrazu pomocí funkcí programu NIS-Elements se tedy budeme zabývat v dalších úlohách (při použití mikroskopů nebo získávání makrosnímků – návody O1 až O3). Pokud snímáme obraz jinak než kamerou, připojenou k počítači, zvolte v dialogovém okně, které se otevře po kliknutí na ikonu NIS-Elements, možnost „Žádný grabber“. Po potvrzení tlačítkem OK se program bez problémů spustí a budou
fungovat všechny funkce obrazové analýzy (samozřejmě kromě funkcí pro snímání obrazu). 2. Otevření obrazu Obraz sejmutý jinak než přímo online kamerou se otevírá jednoduše příkazem Otevřít v nabídce Soubor. 3. Úprava barevného obrazu – nabídka Obraz
Oříznout – Pokud naskenovaný obraz obsahuje zbytečně mnoho pozadí a objektů, které nebudou analyzovány, je možné příkazem Oříznout upravit velikost obrazu tak, aby obsahoval všechny objety, které mají být analyzovány a pokud možno minimum rušivých částí. Oříznout je možné pouze do tvaru obdélníku a výběr se nastaví táhnutím myši a potvrdí tlačítkem Enter. Kontrast – Pokud se sledované detaily v obraze svou světlostí málo liší od ostatních objektů, pak je možné jejich kontrast zvýšit funkcí Kontrast (pro šedý obraz) příp. Kontrast složek pro zvýraznění barevných složek obrazu. Při posouvání hodnot kontrastu na stupnici se v náhledu zobrazuje porovnání původního a upraveného obrazu. Upravit obraz – Funkce v nabídce Upravit obraz umožňují další změny barev a intenzity v obraze, jako jsou například matematické transformace jednotlivých barev, změna sytosti nebo odstínu apod. . Vyhladit/Zaostřit – Tyto funkce potlačí resp. zvýrazní detaily v obraze. Velikost/Otočit/Převrátit/Posunout – Tyto funkce manipulují s obrazem a upravují jeho rozměry. Detekce – Funkce v menu Detekce vyhledávají a zvýrazní (zvýšením světlosti) určité vlastnosti obrazu, jako jsou hrany nebo oblasti, kde hodnoty světlosti vytvářejí tzv. „údolí“ nebo „vrcholy“,tj. lokální minima nebo maxima. Morfologie – Morfologické funkce upravují objekty v obraze tak, že je zmenší nebo odstraní (Eroze), zvětší a příp. spojí (Dilatace), vyhladí kontury, odstraní malé objekty, rozpojí objekty spojené tenkou šíjí (Otevření) nebo zaplní díry, vyhladí okrajové trhliny a spojí blízké objekty (Zavření).
4. Transformace obrazu
Konverze – Tato funkce z nabídky Obraz převádí barevný obraz na šedý (Převést do šedého obrazu), obraz vyjádřený RGB (červená, zelená, modrá) stupnicí převedou na HSI (odstín, sytost, světlost) stupnici (Převést RGB na HSI) a naopak (Převést HSI na RGB). Dále je možné z obrazu vybrat jednu barevnou vrstvu příp. určitou hodnotu světlosti, odstínu a převést ji do šedé
6
stupnice (Vytáhnout složku - výsledkem je tedy šedý obraz vytvořený na základě specifických požadavků uživatele). Prahování – Prahování je jedna z nejdůležitějších funkcí obrazové analýzy, která převádí barevný nebo šedý obraz na binární (tj. obraz, ve kterém jsou pouze dvě hodnoty barev – obvykle černá a bílá). Program NIS-Elements dovoluje prahovat (tedy stanovit práh mezi pozadím a objekty v binárním obraze) podle jednotlivých barevných složek obrazu (Prahování resp. Prahování po složkách), podle hodnot HSI (Prahovat podle HSI) a nebo podle předem stanovené reference (Prahování podle reference).
5. Editace binárního obrazu – nabídka Binární
Otevření/Uzavření/Eroze/Dilatace/Vyčištění/Vyhlazení – Tyto funkce jsou obdobou výše zmíněných funkcí pro barevný obraz, pouze pracují s binárním obrazem. Uzavřít díry/Zaplnit díry – Tyto funkce se používají v těch případech, kdy chceme např. měřit plochu objektů, ve kterých vznikly během prahování a jiných úprav kvůli odleskům nebo jiným jasovým odchylkám díry. První funkce uzavře díry, které jsou v úzkém místě otevřeny a druhá funkce pak takto uzavřené díry vyplní. Konvexní obálka – Funkce vytvoří konvexní obal kolem objektů (někdy to může pomoci, např. při pouhém počítání objektů, ale při měření plochy částic se tato funkce nedoporučuje vzhledem k tomu, že přidává objektům další pixely navíc, které by mohly rušit přesné měření). Obrysy - Tato funkce vyhledá a zvýrazní obrysy objektů. Morfologická separace objektů – Tato funkce umí rozdělit objekty, které se překrývají nebo dotýkají (oddělit objekty je možné i manuálně, nakreslením čáry do obrazu – viz Vložit čáru, kruh, elipsu). Lineární/Pokročilá morfologie – Tyto funkce provádějí jednoduché i velmi složité morfologické operace s objekty v obraze (pracují tedy s rozměry a tvarem objektů a mění je podle druhu funkce a požadavků uživatele). Zpracování po objektech – Tato funkce umožňuje provádět příkazy (funkce) pro každý objekt zvlášť (příkazy se zadávají textově nebo výběrem ze seznamu). Vložit čáru, kruh, elipsu – Pomocí této funkce je možné do obrazu vložit geometrický tvar v barvě objektů nebo pozadí binárního obrazu. Vkládání tvarů v barvě objektů se používá např. pro dokreslení objektu, pokud se jeho část prahováním odstranila a nebo pro přidání objektu, který při prahování zcela zmizel. barva pozadí se používá pro již zmíněnou separaci nakreslením úsečky mezi dvěma dotýkajícími se objekty nebo vymazání nežádoucích objektů.
6. Výběr objektů v obraze – nabídka Měření –Editace masky
Editor masky – Slouží k úpravě barevného i binárního obrazu tak, aby neobsahoval nežádoucí objekty, které by mohly rušit analýzu nebo naopak k výběru požadovaných objektů. Po spuštění editoru se změní levá i horní lišta programu. V levém rohu se volí, zda budou maskou označeny objekty, které se mají analyzovat (přepnutím čtvercového políčka na pozici FG -
), nebo
7
naopak objekty, které se mají přesunout do pozadí (pozice BG – ). Dále se volí nástroj, kterým se bude masku vytvářet (obdélník, kruh, linii, elipsu či libovolný jiný i nepravidelný tvar). Pravidelné tvary se vytvoří pouhým zakreslením tvaru do obrazu potažením myši, nepravidelný tvar se vytvoří vyznačením několika bodů určujících rozměry a tvar masky a nakonec potvrzením vykreslení masky pravým tlačítkem myši. Když je maska hotová (může mít i několik částí), editor se zavře a pokračují další úpravy a analýzy obrazu. 7. Měření – nabídka Měření
Interaktivní měření – Toto měření umožňuje uživateli provádět přímá měření objektů s okamžitým výstupem naměřených údajů ve zvolených jednotkách. Můžeme si vybrat z těchto parametrů: Délka, Plocha, Profil intenzity, Taxonomie, Počet, Poloměr, Poloosy, Úhel.
Měření jednotlivých objektů – Při použití této funkce program změří předem nastavené parametry všech objektů v binárním obraze; nejprve je nutné nastavit Příznaky pro měření objektů, příp. Omezení hodnot příznaků (tedy nastavení mezí měření), poté Změřit objekty a nakonec je možné přečíst Výsledky měření objektů.
Měření polí – Obdobně jako jednotlivé objekty je možné měřit pole, kdy jsou změřeny zvolené parametry objektů (Příznaky pro měření polí) a zprůměrňovány pro všechny objekty dohromady (tj. za celé pole).
Měřicí rámeček – Toto je velmi důležité nastavení rámečku určujícího, které objekty v obraze budou (uvnitř rámečku) a které nebudou (vně rámečku) měřeny; rámeček je možné upravit i po stisknutí klávesy F popotažením jeho okrajů myší. Rámeček má strany označeny dvojím způsobem, čárkovanou a plnou čárou. Objekty, které se dotýkají plné čáry (levý a spodní okraj rámečku) nebudou do měření započítány. Objekty dotýkající se čárkované linky (pravý a horní okraj rámečku) se do měření započítávat budou.
8. Vytvoření makra – nabídka Makro Makro slouží k tomu, aby uživatel nemusel při opakovaných analýzách vždy znovu nastavovat všechny použité funkce, ale mohl celý sled funkcí spustit pouhým jedním kliknutím.
Nové…, Otevřít… - Zde se vytvoří a uloží nové makro nebo otevře makro již hotové. Vytvoření a pojmenování nového makra je nutné udělat před začátkem nahrávání makra, jinak bude sled funkcí zapisován do přednastaveného makra s názvem pracovní.mac .
Záznam…(F3) - Pokud je zvoleno požadované makro (nové, již dříve vytvořené nebo pracovní), spustí se klávesou F3 záznam funkcí a dále se provádí analýza tak, jak si to uživatel předem vyzkoušel. U dříve vytvořeného nebo pracovního makra budou dříve zaznamenané funkce přepsány příp. 8
zachovány a k nim budou přidány funkce nové (podle toho, jak si uživatel vybere v dialogovém okně, které se objeví po stisku klávesy F3). Po provedení všech úprav a měření v obrazu se nahrávání makra ukončí opět tlačítkem F3 a nebo v nabídce Makro pokynem Zastavit záznam… .
Editovat…(F8) – Zde je možné editovat makro jako textový program, tedy textově měnit parametry funkcí, mazat nebo přidávat funkce. Tato funkce je určena především pro zkušenější uživatele programu NIS-Elements.
9
4
Laboratorní práce 1 (koncentrace roztoku)
4.1
Úkoly 1. Sejmout sérii obrazů Petriho misek z různou koncentrací roztoku potravinářského barviva (kalibrační stupnice) a neznámého roztoku. 2. Pomocí programu NIS-Elements sestavit makro pro vyhodnocení intenzity barvy roztoku a aplikovat vytvořené makro na získané snímky. 3. Výsledky analýzy exportovat do programu Excel a vyhodnotit kalibračním grafem koncentraci barviva v neznámém roztoku.
4.2 4.2.1
Postup práce: Příprava vzorku
Připravte roztoky potravinářského barviva o koncentracích 0; 0,10; 0,25; 0,40; 0,60; 1g/100ml vody. Roztoky připravte naředěním ze základního roztoku, který je připraven v laboratoři a má koncentraci 1g/100ml. Do Petriho misek nalijte 4ml z každého roztoku, misky přikryjte krycím dílem a na něj ke kraji napište číselné označení jednotlivých roztoků tak, abyste je byli schopni snadno identifikovat a přiřadit jim jednotlivé koncentrace. Do dalších třech misek nalijte neznámé vzorky, které vám předá asistent. Misky s kalibračními roztoky vložte do velké Petriho misky, abyste zabránili rozlití barviva do scanneru a tiskárny. Vše položte na scanner a překryjte bílým krytem. 4.2.2
Sejmutí obrazu roztoku
Spusťte program ScanSoft PaperPort 9.0. Nejprve zvolte adresář, do kterého budou ukládány získané snímky. V horní liště klikněte na ikonu označenou Folders a v levém sloupci zvolte položku scanner on D: (tj. adresář scanner na disku D počítače), po kliknutí pravým tlačítkem na název adresáře zvolte New folder… a jako název zadejte aktuální datum a číslo své laboratorní skupiny (ve formátu rr_mm_dd_sk). Kliknutím označte právě vytvořený adresář, aby byla zajištěno, že budou nové snímky ukládány do něj. Nyní stiskněte ikonu Scan na horní liště a v levém sloupci vyberte scanner C5540MFP a označte, že chcete skenovat jednotlivé snímky (Photograph + Single page items). V nabídce Settings… (modrý popisek nad zaškrtávacím políčkem „Single page items“) si v záložce Output zvolte formát snímku TIFF a pokud chcete, můžete změnit i název ukládaného snímku (původně je nastaven název Photograph). Nyní stiskněte tlačítko Scan. Otevře se nové okno Scan Manager, zde nejprve zobrazíte náhled skenovaného objektu (Preview), nastavením červeného obdélníku (potažením okrajů myší) oříznete obraz tak, aby obsahoval pokud možno pouze misky a ne pozadí případně okraje plastové vaničky. Nastavte rozlišení obraz na 300 DPI, typ obrazu 24-Bit Color a kontrast a jas snímku na hodnotu 0 (viz následující obrázek).
10
Poté stiskněte tlačítko Scan, čímž sejmete obraz misek do zvoleného adresáře v počítači. Nyní odneste velkou misku s roztoky od scanneru a vyměňte malé misky s kalibračními roztoky za neznámé roztoky. Misku opět položte na scanner, přikryjte víkem a skenujte (nejprve Preview, poté oříznout obraz podle misek a nakonec Scan). Po naskenování obou sérií misek s roztoky uzavřete toto okno, zkontrolujte, že jsou v adresáři naskenované obrazy, a zavřete celý program. 4.2.3
Analýza obrazu programem NIS-Elements
Úkolem analýzy je změřit intenzitu barev v roztoku v misce. Otevřete první sejmutý snímek. V tomto cvičení nebudete obraz barevně upravovat ani provádět prahování, ale pouze do obrazu vložíte masku tvaru kruhu, čímž vytvoříte binární obraz, kde objekty budou vámi vytvořené kruhy a zbytek bude pozadí. Masku vytvoříte pomocí funkce Editace binárního obrazu… v nabídce Binární. Po spuštění editoru se změní levá i horní lišta programu. V levém rohu si zvolte, že budete definovat objekty, které se budou následně analyzovat, to znamená, přepněte čtvercové (v pozici BG by maska vyznačovala pozadí, které se políčko na pozici FG naopak měřit nemá). Poté si jako nástroj pro vytvoření masky zvolte plný kruh a zakreslete jej doprostřed každé misky (nemusí zabírat celou plochu misky, pro získání průměrné hodnoty barevnosti roztoku stačí vyznačit polovinu). Do kruhu masky v žádném případě nesmí zasahovat kraj misky a nebo pozadí snímku, protože by svou barevností zcela zkreslily výsledky. Nyní ukončete editor (v horní liště pokyn Ukončit editor ) a proveďte měření (viz měření objektů v seznamu funkcí výše). Jako parametry (příznaky) měření si zvolte intenzitu červené, modré, zelené a šedé barvy – tj. vlastnosti MeanRed, MeanBlue, MeanGreen a MeanIntensity. Ještě před samotným měřením objektů je nutné v pravém sloupci vedle snímku) zkontrolovat umístění měřicího rámečku (ikona a pokud uvnitř žlutého rámečku nejsou všechny misky, je nutné jej zvětšit potažením jeho okrajů myší.
11
Doporučený postup je následující: 1) Editace binárního obrazu – vyznačení středu misky jako požadovaného objektu 2) Měření – Příznaky pro měření objektů, Změřit objekty 3) Měření – Výsledky měření objektů (naměřená data exportovat do souboru) Stejným způsobem analyzujte snímky misek s neznámými roztoky. Výsledky měření se zapíší do tabulky Výsledky měření objektů pod data, naměřená na předchozím snímku. Zapamatujte si pořadí naměřených misek, abyste mohli správně vyhodnotit výsledky, Excel vám ukáže pouze tabulku výsledků bez jakýchkoliv popisků. Aby byla v exportovaném souboru všechna naměřená data (z obou snímků), je třeba v tabulce Výsledky měření objektů zatrhnout políčko Vybrat všechna pole a pomocí klávesy Shift a myši si označit všechny Příznaky, které jste měřili. Takto upravenou tabulku exportujte do souboru, který můžete otevřít a dále vyhodnotit v programu Excel. 4.2.4
Vyhodnocení výsledků
V programu Excel (nebo jiném vhodném programu) vyhodnoťte výsledky měření a zobrazte je do grafu.
Výsledný protokol by měl obsahovat: a) tabulku nastavení parametrů snímání obrazu (formát ukládaného obrazu (např. JPG, velikost uloženého obrazu (např. 200kB) – najdete v tabulce Informace o obrazu… v nabídce Soubor programu NIS-Elements) b) tabulku funkcí obrazové analýzy (pořadí, název, jednoduchá specifikace a hodnoty nastavovaných parametrů – v nabídce Úpravy – Zpět-historie) c) tabulku naměřených hodnot intenzit barev (červené, modré, zelené, šedé) kalibračních i neznámých roztoků d) kalibrační grafy naměřených hodnot spolu s vyznačením neznámé hodnoty koncentrace (pro každou barvu vytvořte jeden graf a odvoďte, která barva je pro hodnocení koncentrace tohoto druhu barviva nejvhodnější a z této závislosti odvoďte koncentraci neznámého roztoku) e) závěr s vyhodnocením výsledků celého měření
12
5
Laboratorní práce 2 (plocha pórů v chlebu):
5.1
Úkol : Zjistěte plochu pórů případně puklin v krajíci chleba metodou obrazové analýzy s použitím scanneru jako snímacího zařízení.
5.2
Postup: 1) příprava vzorku Vzorek chleba položte označenou stranou dolů na Petriho misku a místo krycí části misky položte barevný nebo bílý papír tak, aby tvořil vhodné kontrastní pozadí na skenovaném snímku. 2) skenování Spusťte program ScanSoft PaperPort 9.0. Nejprve zvolte adresář, do kterého budou ukládány získané snímky. V horní liště klikněte na ikonu označenou Folders a v levém sloupci zvolte položku scanner od D: (tj. adresář scanner na disku D počítače), po kliknutí pravým tlačítkem na název adresáře zvolte a jako název zadejte datum a číslo své laboratorní skupiny (ve formátu rr_mm_dd_sk). Kliknutím označte právě vytvořený adresář, aby byla zajištěno, že budou nové snímky ukládány do něj. Nyní stiskněte ikonu Scan na horní liště a v levém sloupci vyberte scanner C5540MFP, zadejte skenování jednotlivého snímku (Photography + Single page items) a stiskněte tlačítko Scan. Otevře se nové okno Scan Manager, zde nejprve zobrazíte náhled skenovaného objektu (Preview), nastavením červeného obdélníku oříznete obraz tak, aby obsahoval pokud možno pouze chleba v misce a minimum dalšího pozadí. Pokud bude snímek příliš tmavý nebo světlý, nastavte kontrast a světlost tak, aby bylo vidět maximum detailů chleba. Poté stiskněte tlačítko Scan a po proběhnutí skenování uzavřete toto okno, zkontrolujte, že je v adresáři naskenovaný obraz a zavřete celý program. 3) analýza Spusťte program NIS-Elements a otevřete naskenovaný snímek. Úkolem analýzy je určit plochu všech pórů v krajíci chleba. Podle výše zmíněného seznamu si vyberte takové funkce, které jsou pro analýzu vhodné nebo dokonce nezbytné. Důležitá je nejprve úprava snímku tak, abyste zvýraznili póry a potlačili pozadí a střídu chleba (viz funkce pro úpravu barevného obrazu), poté je nutné snímek vhodně naprahovat a převést na binární. Pokud jsou v obraze nějaké binární objekty, které odpovídají misce a ne chlebu, pak je odstraňte použitím masky. V binárním obraze pak už jen nastavíte parametry měření tak, aby program změřil rozměry pouze pórů a ne například kůrky (která bude mít zřejmě plochu několikanásobně větší než jednotlivé póry). Nakonec spustíte měření a zobrazíte si naměřená data. Doporučený postup je následující: • Obraz – oříznout (vybrat z obrazu pouze chleba) • Obraz - upravit kontrast (zvýraznit póry, potlačit pozadí) • Obraz – prahování (převod obrazu na binární) • Měření – příznaky pro měření objektů, omezení hodnot příznaků, změřit objekty • Měření - výsledky měření objektů (naměřená data exportovat do souboru formátu xls)
13
4) vyhodnocení výsledků, protokol Výsledný protokol by měl obsahovat: a) postup skenování – parametry nastavení programu, jméno a adresu uloženého snímku b) postup obrazové analýzy – seznam a nastavení funkcí použitých v programu NIS-Elements c) tabulku naměřených hodnot – průměrnou hodnotu plochy pórů v chlebu (s vyloučením příliš odlehlých hodnot, tj. plochy praskliny v chlebu), plochu praskliny a celkovou plochu všech pórů d) graf (histogram) naměřených hodnot plochy pórů v chlebu – data uspořádána do 20 tříd podle plochy pórů e) závěr – subjektivní zhodnocení kvality obrazové analýzy programem NISElements a návrh možnosti praktického použití obrazové analýzy s využitím scanneru jako snímacího zařízení.
14
