IGDT: Image Processing Advanced Uebung 1

Transkript

1 Uebung 1 Rainer Schubert Institut für Biomedizinische Bildanalyse Arbeitsumgebung ImageJ v1.3? Dokumentation: PlugIn-Tutorial (download: ImageJ-API (download: Java-API (online:

2 Testen der Java-Umgebung Starten von ImageJ Erstellen eines neuen Plugins mit Plugins->New ImageJ erzeugt einen Quelltext für ein simples Hello world - Plugin und zeigt ihn im Editor an. Diesen mit Compile and Run aus dem ImageJ->Plugins Menü oder aus dem File Menü des Editors in Ihren Ordner Aufgaben übersetzen und starten. Beim nächsten Programmaufruf erscheint Ihr neues Plugin dann im Menü Programmierung von PlugIns Ein PlugIn ist eine Erweiterung der ImageJ-Funktionen. Hierzu muss ein PlugIn entsprechende Interfaces implementieren, die ImageJ das Erkennen und Ausführen ermöglichen Es stehen zwei Interfaces zur Verfügung: PlugIn für alle PlugIns, die keine Bilder bearbeiten (z.b. das Hello world -Beispiel) PlugInFilter für alle PlugIns, die Bilder lesen, manipulieren und schreiben

3 Unser Beispiel: Das PlugIn-Interface Importierte ImageJ-Klassen Implementation des PlugIn-Interfaces mit der Methode run() Anzeigen von Text mit Methode aus ij.* Das PlugInFilter-Interface Ein Beispiel: Öffnen Sie mit dem Editor das Demo- Plugin Inverter Dieses Beispiel implementiert das PlugInFilter-Interface mit zwei Methoden: setup() und run() Zunächst zur Methode setup(): Sie wird einmal beim Starten des PlugIns von ImageJ aufgerufen. public class Inverter_ implements PlugInFilter { Wird von ImageJ übergeben public int setup(string arg, ImagePlus imp) { return DOES_8G+DOES_STACKS+SUPPORTS_MASKING; Legt fest, auf welchen Bildern das PlugIn arbeitet

4 Das PlugInFilter-Interface Die Methode run() implementiert die eigentliche Funktion des PlugIns im Beispiel also die Invertierung des aktuellen Bildes: Der ImageProcessor des aktuellen Bildes wird von ImageJ übergeben public void run(imageprocessor ip) { byte[] pixels = (byte[])ip.getpixels(); int width = ip.getwidth(); Rectangle r = ip.getroi(); int offset, i; for (int y=r.y; y<(r.y+r.height); y++) { offset = y*width; for (int x=r.x; x<(r.x+r.width); x++) { i = offset + x; pixels[i] = (byte)(255-pixels[i]); Zusammenfassung Das PlugInFilter-Interface wird mit zwei Methoden implementiert: Die Methode setup() legt fest, für welche Typen von Bildern das PlugIn geeignet ist. Wird es mit einem nicht geeigneten Bild aufgerufen, erzeugt ImageJ eine Fehlermeldung! ImageJ ruft diese Methode einmal beim Starten des PlugIn auf und übergibt dabei die Attribute des aktuellen Bildes in einem ImagePlus Objekt. Die Methode run() wird von ImageJ nach dem setup() aufgerufen und bekommt den ImageProcessor des aktuellen Bildes übergeben. In der Methode kann dann die eigentliche Funktionalität implementiert werden. Diese wird üblicherweise innerhalb einer zweifachen Schleife realisiert: Die sogenannte Bildschleife

5 Die Bildschleife ImageJ liest Bilder sequentiell in den Speicher. Zuerst werden die Pixel der ersten Bildzeile abgelegt, gleich darauf die der zweiten usw. Das Bild ist also ein eindimensionales Array. Für den Zugriff auf ein Pixel mit den Bildkoordinaten x,y müssen diese daher im Programm auf den Index im eindimensionalen Array umgerechnet werden. Dies erfolgt üblicherweise mit einer zweifachen Schleife: for (int y=0; y<height; y++) { offset = y*width; for (int x=0; x<width; x++) { i = offset + x; pixels[i] =?; Die Bildschleife mit ROI Soll die Funktion nur auf einen bestimmten rechteckigen Ausschnitt (Region of Interest, ROI) des Bildes angewendet werden, so wird die Standardschleife etwas komplexer: for (int y=r.y; y<(r.y+r.height); y++) { offset = y*width; for (int x=r.x; x<(r.x+r.width); x++) { i = offset + x; pixels[i] =?;

6 Wiederholung: Punktoperatoren Eine Punktoperation P ordnet jedem Grauwert r aus {0,...,n eines Bildes einen neuen Wert s=p(r) zu. Betrachtet man ein Bild als Funktion f mit f(x,y) = r wobei r ein Grauwert aus {0,...,n ist, so ergibt sich durch die Anwendung einer Punktoperation P das neue Bild P(f) mit P(f)(x,y) = P(f(x,y)) für alle Pixel (x,y). Da der Definitionsbereich {0,...,n von P diskret und endlich ist, kann man die Abbildung als einfache Liste realisieren: {(0,s 1 ),...(n,s n ). Eine solche Liste nennt man auch Lookup Table (LUT). Helligkeit Die Grauwerte werden erhöht oder verdert :?

7 Helligkeit 1:1 linear Output Input Heller, linear, Clipping Dunkler, linear, Clipping Kontrast Der Grauwertbereich wird aufgespreizt bzw. gestaucht

8 Kontrast 1:1 linear Output Input Kontrast verdert Kontrast erhöht Level und Window Auswählen eines (verschiebbaren) Intervalls und Spreizung auf den Gesamtbereich: Window bestimmt Umfang des Grauwertbereiches (Kontrast) Level bestimmt die Lage des Grauwertbereiches (Helligkeit)

9 Realisierung Den beschriebenen Punktoperationen ist gemeinsam, dass die Grauwerte eines Bereiches des Ausgangbildes auf neue Grauwerte transformiert werden: 0 0 g g g g für 0 g g g = T ( g) für g < g < g g für g g < G g G G Lineare Transformation Für eine lineare Transformation: 0 g g G 0 g g g g = Round g g g g g (g - g ) + g für 0 g g für g für g G < g < g g < G

10 Für g =0, g =G -1: Lineare Transformation g g g g = Round g g g (G -1) für 0 g g für g für g < g < g g < G Hausarbeit 1: Ein Level und Window Interface Ziel: Schreiben Sie mit Hilfe der Vorlage ein Programm, das eine interaktive Einstellung von Level und Window für 8bit Grauwertbilder ermöglicht. (Demo) Arbeiten Sie dazu auch das PlugIn-Tutorial durch! Teilziele: JAVA-Swing GUI Algorithmen zur Manipulation des Bildes Koppeln von GUI und Bildmanipulation Lernziele: Vertraut werden mit der ImagJ-PlugIn-Umgebung Vertraut werden mit JAVA-Swing Vertraut werden mit der Koppelung von JAVA-Swing und ImageJ Vertiefung und Anwendung der Punktoperationen

11 Hilfestellung Für diese erste Aufgabe wird der Rahmen des Demo- Programms gestellt (siehe WWW-Page zu dieser Veranstaltung). Sie sollten es bis zur nächsten Einheit vollständig verstehen und die fehlende Funktionalität hinzufügen die künftigen Aufgaben bauen darauf auf! Die Klasse MeinPluginName Struktur Public class MeinPluginName static int level_value, window_value static ImageProcessor original_image_proc static Jslider level_slider, window_slider implements PlugInFilter: setup(imageplus imp) run(image Processor ip) changewindwoandlevel() Implements ChangeListener: statechanged(changeevent e)

12 Funktion Benutzer interagiert mit ImageJ instantiiert instantiiert GUI Level-Slider Window-Slider MeinPluginName setup() run() statechanged() changelevelandwindow() Manipuliert Meldet Änderungen Bild Im Detail import ij.*; import ij.process.*; import ij.gui.*; import java.awt.*; import javax.swing.*; import javax.swing.event.*; import ij.plugin.filter.pluginfilter; public class MeinPluginMustermann_ implements PlugInFilter, ChangeListener { public int setup(string arg, ImagePlus imp) { return DOES_8G;

13 /* Im ganzen Programm fehlt jetzt noch der Window-Slider...!!! */ /* Globale Variablen, nicht schön aber hilfreich... */ static int level_value = 0; static ImageProcessor original_image_proc = null; JSlider level_slider, window_slider = null; public void run (ImageProcessor ip) { /* Parameter für die Slider */ int level_ = 0; int level_ = 255; int level_init = 128; /* Prüfen, ob ein Bild geöffnet ist und den richtigen Typ hat*/ if (ij.windowmanager.getwindowcount() <1) { IJ.showMessage("No image opened! "); return; else { ImagePlus currentimage = ij.windowmanager.getcurrentimage(); int image_type = currentimage.gettype(); if (image_type!= currentimage.gray8) { IJ.showMessage("MeinPlugin only supports 8bit graylevel images!"); return; /* Erzeugen einer Kopie des Bildes für das Reset */ original_image_proc = currentimage.getprocessor().duplicate();

14 /* Erzeugen eines Dialog-Fensters */ JDialog jd = new JDialog(IJ.getInstance(),"Mein PlugIn"); /* Einstellen des Layouts; GridLayout erzeugt ein Raster, hier mit 2 Zeilen und einer Spalte, in das dann die Komponenten der Reihe nach angeordnet werden */ jd.setsize(400,200); jd.getcontentpane().setlayout(new GridLayout(2,1)); /* Erzeugen von Beschriftungsfeldern */ JLabel level_label = new JLabel("Level:"); /* Erzeugen der beiden (bisher nur einer...) Slider */ level_slider = new JSlider(JSlider.HORIZONTAL, level_, level_, level_init); level_slider.setmajortickspacing(255); level_slider.setminortickspacing(10); level_slider.setpaintticks(true); level_slider.setpaintlabels(true); /* Listener einhängen */ level_slider.addchangelistener(this); /* Einstellen der Komponenten in das Dialog-Fenster */ jd.getcontentpane().add(level_label); jd.getcontentpane().add(level_slider); /* Initialisieren der globalen Variablen für Slider-Positionen */ level_value = level_slider.getvalue(); /* Anzeigen des Dialog-Fensters */ jd.show();

15 /* Abfangen und behandeln von Interaktionen mit Slidern und Knöpfen */ public void statechanged(changeevent e) { JSlider source = (JSlider)e.getSource(); /* Prüfen, welcher der Schieber geändert wurde (momentan nur einer...) */ if (source.equals(level_slider)) { if (!source.getvalueisadjusting()) { /* Neuen Wert holen und in globale Variable schreiben */ level_value = (int)source.getvalue(); /* Anwenden des neuen Wertes */ changewindowandlevel(); public void changewindowandlevel() { ImagePlus current_image = null; ImageProcessor image_proc = null; int height, width = 0; /* Prüfen, ob ein Image geöffnet ist */ if (ij.windowmanager.getwindowcount() <1) { IJ.showMessage("No image opened! "); return; else { current_image = ij.windowmanager.getcurrentimage();

16 image_proc = current_image.getprocessor(); height = image_proc.getheight(); width = image_proc.getwidth(); for (int y=0; y < height; y++) { for (int x=0; x<width; x++){ /* Holen des Pixelwertes aus dem Originalbild */ float pix = (float)original_image_proc.getpixel(x,y); /* Hier muss jetzt die Berechnung der neuen Wertes für das Pixel hin */ /* Schreiben des neuen Wertes in das aktuelle Bild */ image_proc.putpixel(x,y,(int)pix); /* Nur damit das Programm in diesem Zustand überhaupt eine Ausgabe macht */ IJ.showMessage("level_value = " + level_value); /* verändertes Bild anzeigen */ current_image.updateanddraw();