图像软件功能特性剖析

1、IPP同类软件功能 / 特性/比较(一) NIS-Elements NIS-Elements为尼康公司新近推出的显微图像处理软件, 它包括三个不同功能定位的产品, 由低到高分别为: 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 图像采集· 多维采集: 时序+ Z轴+多荧光通道(需插件, 方可支持6D)· 高速采集: RAM 采集. · 显微镜及外设, 相

2、机的控制1.2 图像浏览· 多维图像浏览器(ND viewer)· 同步预览两张或多张多维图像· 读取Nikon 共聚焦图像 1.3 图像处理· 色彩调整: 各个色彩的Hue通道单独调整, 提取彩色图像的RGB及HIS通道· 滤镜: 平滑, 锐化及边缘检测等· 图像运算: 彩色图像间的A+B/A-B/Max/Min· 通道合并: 维持原来的图像位深，合成多个荧光通道至RGB图像· 形态学处理:多种滤镜1. 基本形态学滤镜: 腐蚀, 膨胀, 开启, 关闭 2. 等位转换(Homotopic transformatio

3、ns): 清除(Clean), 填洞(Fill holes), 边缘, 光滑, 3. 骨架化: 中轴(Medial axes), 骨架化, 修剪 4. 形态学分离及其它滤镜1.4 图像测量· 手动测量: 测量参数如:分类学, 计数, 长度, 半轴(semiaxes), 角度等, 可在图像上直接划对象测量, 结果输出至EXCELL· 自动测量: 创建二值图像, 参数包括:面积, 长度,密度以及比色测定等, 可自动测量超过90个对象及视野的特征· 分类: 根据用户要求, 基于不同的像素特征来分割图像像素: 如亮度值, RGB值, HIS值以及忽略亮度值的RGB值, 分

4、类数据以单独文件保存 · 亮度曲线: 两点线, 水平线,垂直线及多线亮度测量· 时间测量: 在线或离线记录特定时间间隔, 特定探针的平均像素亮度值, 支持Ratio测量1.5 报告生成器· 创建用户化报告: 包括图像, 测量数据, 数据库简介, 用户文本, 图表等· 直接创建PDF文本1.6 图像拼接 借助电动载物台, 拼接高分辩率的超大图像1.7 宏功能2 插件(可选): 下述插件可与不同版本的NIS-Elements组配1 多维采集: 采集维数6: X+Y,+Z+荧光通道+时间+多个样品点; 有效的工作流程控制及直观的GUI界 面便于采集图像至ND2

5、 序列文件; 用户可为每一维数设立合适的参数; 软硬件无缝集成, 提供优良的试验结果；图像可转换至其它支持的图像或视频文件格式2 二维实时反卷积: 运用Auto Quant公司的反卷积算法, 便于观察活体样品内发生的细微生物学事件3 三维反卷积: 利用Auto Quant公司的反卷积算法, 去除序列图像焦平面外的模糊信息4 EDF: 运用自动聚焦的电动载物台, 进行超高分辩率大图像拼接,:单一GUI窗口便于进入图像记 录工具, 加速采集流程. 将采自不同焦面上的Z序列图像合成为一张全聚焦图像, 生成体视 图(stereovision image)及3D表面曲线图(Virtual 3D surf

6、ace image)5 图像数据库: 一键式操作, 集成图像采集以及指定的数据库输出讨论：1 该软件为 NIKON 从 捷克软件公司 Laboratory Imaging OEM 产品。 2LIM 公司主要经验在材料应用方向。进入生物领域时间不长，应此该新产品需要相当的时间才可能成熟。该产品由美国NIKON 公司发起，日常需要美国与捷克沟通，其合作的长期稳定性也是疑问。3新产品没有参考文献， 要得到中国生物用户的认可并不容易。产品功能方面：1 NIS-Elements D 为单窗口软件，没有测量和处理功能，只能作为最低级的采图工具。2 NIS-Elements Br (Basic Resear

7、ch) 有类似IPP基本的测量和处理功能。但不含：Database 为插件，EDF 为插件，Alignment (调整)，Macro(只能运行写好的macro, 不能开发和用户化)，Tracking (可选 time measurement 模块，此模块只能测量强度随时间变化，只是IPP Tracking 的一个功能而已。 )。3NIS-Elements Ar (Advanced Research) Database 为插件，EDF 为插件，Tracking (可选 time measurement 模块，此模块只能测量强度随时间变化，只是IPP Tracking 的一个功能而已。4 改产品没

8、有 3D constructor 功能模块。3 NIS-Elements 三个不同版本Ar, Br及 D功能比较(二) Simple PCI Simple PCI 是Compix Inc., Imaging Systems公司的产品, 该公司于1987年在美国宾州成立2003年被Hamamatsu Photonics Management Corporation(Delaware)收购. SimplePCI 为通用分析处理软件，适合于医学、生物、科研、工业和其他领域的专业图像处理系统. 其图像处理产品由基本功能软件: Simple PCI Core加上6个功能扩展模块: AIC(自动采集),

9、IPA(图像处理与跟踪), DIA(活细胞成像及分析), DNN(反卷积), QFA(FRET分析), VIZ(3D重建)组成.1 Simple PCI Core功能: · 支持多个处理器系统· Multi-threaded 应用 Windows XP, 2000, NT 及98 · 支持TWAIN输入设备，直接控制获取图像· 支持多种图像格式：TIF、JPG、BMP、PCX、PSD, AVI等· 图像处理功能: BCG调整, RGB色彩通道分离，形态学滤镜，伪彩工具，数学运算, 图像混合/叠加, 不同通道图像的同位性分析，RGB荧光合成图像的

10、偏移校正· 基于灰度和色彩阈值分割, 自动或手动提取对象, 并可运用高级图表工具手动定义对象· 自动测量分析功能: 参数有大小、形状, 密度和位置四大类(共150多个), 内置等式编辑器; 测量数据以列表、统计图显示，并可与原图像同步定位显示; 测量数据可导出至Excel表格, 并可放至图像数据库中, 方便快速查找或打印 · 线性光强度曲线分析, 可从不同角度查看图像的3D光强度曲线图· 由大序列图像创建蒙太奇, 图像浏览器方便直接预览查找图像· 自Isometric 曲线创建AVI电影, 输出及播放序列图像的AVI电影·

11、最大及最小投影处理序列图像 · 图像注释工具· 序列切片的3D图像重构, 自3D 渲染图创建AVI电影(与下述VIZ模块的功能有无差别?)2 功能模块2.1 AIC 模块(自动采集模块)· 支持 RS170, CCIR, RGB , NTSC, PAL, Y/C标准的视频相机及VCRs · 在线亮度直方图及亮度曲线图测量· 支持Hamamatsu, Photometrics, Princeton, Diagnostics及DVC等相机 · 任一款相机的数字软件自动聚焦 · 实时均化消除噪音, 阴影更正及背景较正 ·

12、 支持多种图像文件格式 · 不同大小及位深的图像管理· 自动控制 X-Y 电动载物台, Z 轴马达, 滤片轮, 快门,单色镜发生器及可调滤镜 · 多荧光通道图像的灵活叠加至 DIC或相差图像上· 高速采集序列图像及控制采集时序图像· 多物镜的较正文件存储· 同步采集多点及时序图像 2.2 IPA 模块(图像处理+细胞跟踪模块): · 以TIFF, PICT, PSD, EPS, GIF, BMP, JPEG及其它格式输出图像 · 以Median, Smooth, Gradient, Sobel, laplacian

13、, Kirsch, Erode, Dilate及其它滤镜处理图像 · 图像运算· 灰度阈值分割提取对象, 或以RGB,HSL色彩通道提取彩图中的对象,或采用画图工具自定义测量对象· 采用接受/拒绝/描绘/擦除编辑器修正二值对像· 自动测量, 测量参数150个以上, 内建有测量等式编辑器 · 以统计图, 直方图或表格互动性地显示测量数据, 测量数据可输出至EXCELL表格· 根据测量对象的大小, 形状, 位置, 色彩, 亮度组合等数值来筛选对象· 具有宏功能 (work files) · 可以快速跟踪多个对象

14、3; 跟踪参数可以选择, 包括对象的直线与曲线运动速度等· 以AVI文件保存跟踪对象, 可播放, 查看单个对象的运动轨迹· 获得的跟踪信息有: 细胞位置, 细胞面积, 运动距离, 速度, 方向, 点数(轨迹中含有同一对象的连续桢数),直度, 线性化(, ALH平均及最大值( ), 圆径, BCF等· 实时图像采集, 需添加AIC模块2.3 DIA 模块(活细胞成像与分析模块)· 自定义测量AOI· 建立实验事件标记 · 在线采集, 处理与分析试验数据 · 绘制单个, 多个或平均细胞活性的曲线 · 流线化地导入序列图

15、像至内存或磁盘 · 进行单, 双或三通道扫描, 描绘数据曲线 · 处理Ratio图像数据文件, 测量Ca+ 及pH值等· 设定时间间隔采集图像· 实时背景扣除, 或采用数学方法更正其值 · 输出数据至Excell表格· 实时图像采集, 需添加AIC模块2.4 DNN 模块(反卷积模块):· 快速2维盲算法恢复性反卷积, 自动计算点扩展函数 · 快速算法去除图像的模糊· 适用于单张或序列图像, 适用于荧光图像, 适用于整张图像或AOI区域· 处理界面直观· 采用基于AutoQuant 公

16、司的成熟算法 2.5 QFA模块(FRET分析模块):· 更正包括: 完全FRET, Micro-FRET, 2滤镜FRET以及受体的光漂白· 基于整张图像或每个像素, 显示每一更正方法的数值· 规范化包括: 受体/供体之积, 受体/供体之积的平方根, 单独供, 受体 · 显示准确的较正, 规范化及转移效率计算公式· 图像采集及分析集成了AIC模块· 自动计算或输入串色系数· 利用灰度或彩色阈值分割以及绘图工具提取对象2.6 VIZ 模块(3D重建模块):· 硬件加速显示· ISO表面重构· 图

17、表分析及正交切面观察· 最大值, 最小值, Alpha混合观察· 定制荧光基团染色· 场景及群体模式集成· 输出3D电影 讨论：1. Simple PCI Core 价格便宜 （IPE）， 但其功能主要是离线分析功能。只能以外挂方式控制相机 （采用 TWAIN 驱动）。对生物用户， 需要配 AIC 模块(自动图像采集)才能采集时序图像 （timelapse）, 要配 IPA+MTA（图像分析及动态跟踪）作自动跟踪。这样其功能才接近 IPP+Scope-Pro (IPP-MC), 但报价已远高于 IPP-MC.2. Simple PCI 分析功能 （加 I

18、PA 后）只类似于 IPP4.5 水平，没有IPP5.0 后添加的 Alignment, Tiling, Tracking 等深受生物用户欢迎的功能。IPP 固有的一些实用工具如：彩色管理(color managements)，手动计数(manual tag)，卡尺 (caliper), 数据收集 （data collector）, 3D Filter 等也没有。3. Simple PCI 的macro 功能只限于 Record, 不能方便编辑，不能与 IPP 的 macro 相比。4. 对于高级应用，如需要 IPP AMS 产品的时候，SimplePCI系列没有任何价格优势。(三) Meta

19、 Morph MetaMorph是UIC( Universal Imaging Corporation)公司的产品. 按照功能定位, 它包括MetaMorph, MetaVue以及Metafluor三个软件产品. 其中MetaVue是MetaMorph的经济版, 前者可以升级, Metafluor是专为Ratio成像与分析而设计的模块, MetaMorph与Metafluor可以合装为一个完全版. 1 MetaMorph性能参数 1.1 系统要求· 奔腾处理器, · Windows95/98/N/Workstation4.0/2000操作系统· CD-ROM光驱&

20、#183; 64M或更高内存· 60M磁盘空间(仅用作软件安装)· 24位电脑显示器1.2 标准特性· 显示, 载入, 存储二值, 8位(灰度, 调色板图像), 16位, 24位及48位(RGB)图像类型· 彩色合成与分离24位及48位图像· AOI区域包括长方形, 椭圆, 线条以及自由形式· 堆栈图像处理包括: 堆栈图像算术运算, 3D重构, 最佳聚焦, 蒙太奇, 拓朴表面图, 正交平面图察看, 电影创建· 自动爆光(符合相机标准)· 流线式采集, 时序图像采集· 自动时序图像及光谱扫描采集·

21、 Z轴序列图像采集(符合Z轴马达标准)· 快速傅立叶转换· 图像直方图· 图像覆盖及荧光同位性分析· 荧光图像的阴影较正(Shade Correction)及背景扣除· Ratio图像· 图像运算：加，减，乘，除，以及ND, OR, XOR, 最小值，最大值以及平均值等逻辑运算· 形态学处理：腐蚀，膨胀，骨架，轮廓，分割，单像素去除，位距离图· 滤镜包括：锐化，低通，边缘检测，钝化蒙影(Unsharp Mask)，中值，去模糊，定制内核· 反卷积· 整体形态学分析包括：测量总面积，孔面积，标准面

22、积计数，周长，质点，宽度，高度，朝向，长度，窄度(breadth)，形态指数，平均灰度，总灰度，光密度及椭圆的傅立叶分析及其它等· 定制工具栏及工作流程· 数据输出至文本及xcell表格，支持动态数据交换· 通过任务栏及日志（Journal）实现实验工作的自动化· 通过电话或电子邮件实现技术支持及应有咨询· 互动式的培训光盘· 电子或在线文档记录1.可选基本系统功能（符合整体系统标准）· 多维图像采集及分析· 荧光波长及轴采集的流式化（专利保护patent pending）· 照明设备控制：包括滤片轮，快

23、门，单色镜发生器以液晶可调节滤镜）· 自动聚焦· 运动分析，包括自动对象跟踪· 图像同位性分析及相关性测量· 定制（串并口）· 载物台设备控制包括：，ikon，arzhauser，Prior,Lud1· Z轴设备控制包括：ikon，Physik, Piezoelectric Focus设备（iFoc）, Prior,Lud1, ASI· Sutter DG-4波长转换器，Lambda 10-2滤镜轮· niblitz快门1.采集选项（部分列出）· 单色及彩色视频相机制式：RS170, 合成CCIR, RG

24、B , NTSC, PAL（要求采集卡）· Roper科研级相机（Princeton Instrument）包括：MicroMAX, PentaMAX, ST138· Roper科研级相机（Photometrics）包括：PXL, Sensys, Quntix, CoolSnap· Hamamatsu on-chip集成相机包括：，以及rca系列· Diagnostic Instrument 的相机1.自动显微镜控制· Leica· Nikon· Olympus· Zeiss 2 Metafluor功能 MetaF

25、luor是专为单波长或双波长细胞内离子浓度的测量而设计的。适用于Fura-2，BCECF，Indo-1等常用Ratio指示剂。MetaFluor能同时显示原始波长的图像（多达四种波长），比例图像（可同时做两种不同指示剂的比例图像），不同细胞的光密度、Ratio及离子浓度变化曲线等。2.1 CCD相机及显微镜周边设备的控制: · 科学级、冷却式CCD相机· 高速快门，以减小激发光对样品的损害· 波长切换装置, 如LB10-2 滤片轮，DG-4，Ludl滤片轮，MultiSpec MicroImage等2.2 图像及数据处理功能: · 在同一实验中对两种不同

26、的指示剂做Ratio· 可将试验数据转存为文本文件、Excel等格式· 同时分析指定的多个区域，并测定随时间变化的多个参数如：亮度, 累积亮度，阈值面积, Ratio值, 或标定的离子浓度· 可定义上千个自由或标准形态区域· 四个不同的曲线图可同时显示指定区域测量值的变化· 实验图像可以编辑为电影格式，并保存为AVI格式讨论：1 UIC 被 MD 收购后，销售渠道，产品开发和售后服务各地都出现问题。用户和渠道满意度下降。2 MetaMorph 功能与 IPP 类似，但没有IPP5.0 后添加的 自动Alignment, Tiling 等深受生物

27、用户欢迎的功能。3 MetaMorph 的 tracking 功能远不如 IPP 灵活和强大。4 MetaMorph 的macro 功能(Journal) 基本只限于 Record, 编辑困难，无法满足高级用户化需求，功能扩展困难。5 3D Constructor 模块无法与 IPP 3DConstructor 相比。6 价格高。7 Metafluor 由于进入市场早， 用户基础多，有优势。但 Invivo + IPP 的软件包功能更强大灵活！进入高端市场只是时间问题！ 二 IPP与其它软件功能比较表 （未完成）1 基本功能 功能选项IPPNIS elements ArSimple PCIMM

28、/MV 图像采集采集设备控制(plug-in)采集参数设置(plug-in)时序图像(plug-in) 图像增强灰度范围显示BCG调整直方图均衡unknownunknownunknown 图像处理Filters2-D 滤镜(全)(部分)(Plug-in)(全)3-D 滤镜No No No限制性膨胀No unknownunknown快速傅立叶变换No No背景较正unknown有阴影较正对象描绘unknown Graphics drawig tools? unknown阈值分割图像运算(算术)AOI工具图像注释图像批处理unknownunknownunknown图像转换色彩通道提取/ 彩色合成伪彩色 No网栅蒙影unknownunknown钝化蒙影?图像匹配unknown荧光通道匹配Un