画像の表示と出力

画像の表示と出力

MATLABで数値行列として変数に格納した画像をFigureにして表示する。

基本的にimshow関数を使う。

グレースケール（モノクロ）画像もカラー画像も基本的なやり方は同じ。

アニメーション表示と動画出力についても説明する。

１．明るさの範囲を決める

imshow関数で画像を表示するとき、

どの数値が最も暗く表示され、どの数値が最も明るく表示されるかということを

念頭に置かなければならない。

Metamorphで画像を表示するときは自動で調節されるが、

Matlabでは自分で調節する必要がある。

imshow関数では、特に指定のない場合、数値行列として格納された画像のデータ型によって

明るさの範囲が決まる。

そのデータ型がとりうる最小値が最も暗く表示され、最大値が最も明るく表示される。

Metamorphで撮影、保存した画像は12ビット符号なし整数(0～4095)であることが多い。

このTiffファイルをimread関数やTiffクラスのreadメソッドで読み込むと、

Matlabにはuint12型が存在しないため、uint16型として格納される。

これをそのままimshow関数で表示すると、uint16がとりうる最大値である65535が

最も明るくなるように表示されるため、表示された画像は真っ暗になる。

明るさの範囲を決める方法は主に２つあり、

ひとつは以下のようにimshow関数の引数で範囲を設定する方法である。

imshow(image, [low, high])

lowに指定した値が最も暗く、highに指定した値が最も明るく表示される。

もう一つの方法は、幅と高さが同じでuint8の行列を新たに作り、

最も暗く表示したい値が0、最も明るく表示したい値が255となるように

元の画像を修正するやりかたである。

uint8以外の型でもいいが、モニターの表示方式は256段階が一般的であるため

uint8が必要十分である。

このとき、整数型のまま計算すると小数値をとれずバグが起こるので

double型に変換してから計算する。

明るさの範囲をどのように決めればいいのかは場合による。

画像の行列における最小値を最も暗く、最大値を最も明るくするのが簡単だが、

これだときれいに表示されないことがある。

蛍光顕微鏡画像の場合、異様に明るい細胞やごみのようなものが映っていると、

上のやり方ではうまく表示できない。明るすぎる値に明るさの範囲が引っ張られて、

全体的に暗くなってしまう。

Metamorphではこのような場合に対処するため、

intensityのヒストグラムをとり、明るさの範囲の外にあるピクセル数が

一定の割合になるように明るさの範囲を調整している。

サンプルコード。FRETImageProcess2クラス の Adjust関数

明るさの範囲を決めて画像を変換する

% -----------------------------------------------------------------------

% 画像をintensityが最大255,最小0になるように自動補正

function AdjustedImage = Adjust(Image)

    % doubleに型変換

    Image = double(Image);

    % ratio画像（カラー）の場合、各色の画像を並べる

    if size(Image,3) == 3

        ref_image = [Image(:,:,1), Image(:,:,2), Image(:,:,3)];

    else

        ref_image = Image;

    end

    width = size(ref_image,2);

    height = size(ref_image,1);

    % intensity histogram作成

    max_value = max(max(ref_image));

    histogram = zeros(max_value+1,2);

    histogram(:,1) = 0:max_value;

    for y = 1:size(ref_image,1)

        for x = 1:size(ref_image,2)

            histogram(ref_image(y,x)+1,2) = histogram(ref_image(y,x)+1,2) + 1;

        end

    end

    % intensity windowをmin_intとmax_intをintensity histogramの上下0.3%になるように設定

    min_adjust = 0;

    n = 0;

    while n < 0.003 * width * height

        min_adjust = min_adjust + 1;

        n = sum(histogram(1:min_adjust+1, 2));

    end

    rows = size(histogram,1);

    max_adjust = rows - 1;

    m = 0;

    while m < 0.003 * width * height

        max_adjust = max_adjust - 1;

        m = sum(histogram(max_adjust+1:rows, 2));

    end

    % intensityを最大255,最小0になるように補正

    AdjustedImage = uint8((Image - min_adjust) / (max_adjust - min_adjust) * 255);

end

% -----------------------------------------------------------------------

２．表示する

明るさの範囲を引数で指定する場合

figure, imshow(image, [low, high])

上記のサンプルコードの関数を利用する場合

figure, imshow(Adjust(image))

３．アニメーション表示

同じFigureでimshow関数を連続して使うことでアニメーション表示することができる。

imshow, drawnow, pause関数を用いる。

動画として出力するにはim2frame関数を使う。

im2frame関数を使うとなぜか上下が反転して格納されるので、flipdim関数で修正する。

サンプルコード。FRETImageProcess2クラス の Movie関数の中身。

アニメーション表示をしてムービーフレーム作成

% -----------------------------------------------------------------------

% ImageCellArray変数にセル配列として格納された複数の画像をアニメーション表示

figure;

for i = 1 : length(ImageCellArray)

    % １枚の画像を取得、doubleに型変換

    Image = double(ImageCellArray{i});

    % 画像を自動補正（上のサンプルコードのAdjust関数を使用）

    adjusted_image = Adjust(Image);

    % 描画

    imshow(adjusted_image);

    % 画像更新

    drawnow;

    % ムービーフレームとして格納（フレームにすると上下が反転するためflipdimで修正）

    Frames(i) = im2frame(flipdim(adjusted_image, 1), colormap);

    % インターバル

    pause(interval);

end

% -----------------------------------------------------------------------

作成したムービーフレームはmovie関数を使うことで再生できる。

movie(Frames);

４．画像ファイル出力

画像をファイルとして出力するにはimwrite関数を使う。

bmp、jpgなど各種形式のファイルに出力できる。

image変数に格納された画像を16bit無圧縮Tiffファイルに出力する場合

imwrite(uint16(image),'filename.tif','tif','Compression','none');

一つのTiffファイルに複数の画像を含めたい場合は、WriteModeオプションでappendと指定する

（Metamorphで開くとStackとして開かれる）

for t = 1:timepoints

imwrite(uint16(images{t}),'filename.tif','tif','Compression','none','WriteMode','append');

end

このとき、すでにfilename.tifが存在しているときは、既存のfilename.tifは上書きされずに

images{t}の画像が追加されていくので注意。

上書きしたい時は既存のfilename.tifを消しておく。

５．動画ファイル出力

３．のサンプルコードで作成したムービーフレームは、

movie2avi関数を使うとaviファイルとして出力することができる。

movie2avi(Frames, filename, 'fps', 10)

このコードは10fpsの動画として出力する。