ImageJ--形态学数据挖掘、三维建模以及图像拼接、配准、编辑和注释-TrakEM2简介

发表于 2024-05-16 分类于 ImageJ 阅读次数：本文字数： 2.1k 阅读时长 ≈ 8 分钟

TrakEM2 是一个 ImageJ 插件，用于形态学数据挖掘、三维建模以及图像拼接、配准、编辑和注释。

设备要求

要运行 TrakEM2，该为 Fiji 的 JVM 分配多少内存？
取数据集中最大的单个二维图像，然后将其大小乘以 10，并确保 CPU 的每个内核至少有这么多可用内存。
例如，对于 4096x4096 16 位图像，每个内核至少需要 335 Mb，因此 16 个内核至少需要 5.4 Gb 内存。8 Gb 可能会更好。32GB 的内存使用起来会很方便。
至于显卡，在计算能力和内置内存方面都要买你能负担得起的最大显卡。

特征

特征分割： 在堆栈(stack)上手动绘制区域，用球和管道勾勒结构。骨架化整个神经元轴突，用关系连接器对象表示突触。
测量： 体积、表面、长度，以及通过 ImageJ ROI 进行测量。
图像配准： 使用 SIFT 和全局优化算法将浮动图块相互配准。
三维可视化： 通过与三维浏览器插件交互，TrakEM2 可显示图像体积和各种三维网格。
图像注释： 浮动文本标签。
语义分割： 以树状层次排列分割，其模板可导出供其他类似项目重复使用。

通过 "File - New - TrakEM2 (blank)"创建新项目
通过将 .xml 文件拖到工具栏上或通过 "文件 - 打开 "打开现有项目。

TrakEM2最佳性能设定

加快图层浏览

右键单击画布，选择 “Display - Properties…”。然后确保

"snapshots mode "设置为 “Disabled”，或最多设置为 “Outlines”。
取消"Prepaint"，使其处于禁用状态。

导入大量图像，并在导入后立即进行编辑

避免多次生成 mip，不启用 “enable mipmaps”，使其处于禁用状态。由于不会生成贴图，将无法在导入时快速浏览图层。现在要纠正对比度，首先要重新启用 mipmaps，方法是："Display - Properties"并选中 “enable mipmaps” 复选框。然后有两个（非排他性）选项：

A. 使用右键菜单中的内置命令，例如
- “Adjust images - Enhance contrast layer-wise”
- “Adjust images - Set min and max layer-wise”。
B. 创建一个预处理器脚本并将其设置为所有图像。例如，在每个图像上运行 CLAHE 的 beanshell 脚本。在脚本中，patch 和 imp 变量自动存在，分别代表 Patch 实例和 Patch 封装的 ImagePlus 实例。

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import ij.IJ;
IJ.run(imp, "Enhance Local Contrast (CLAHE)", "blocksize=127"
   + " histogram=256 maximum=3 mask=*None* fast_(less_accurate)");

要将脚本设置为所有图像，请将上述内容保存到名为 “whatever.bsh “的文件中（注意文件名扩展名为”.bsh”），然后右键单击 TrakEM2 画布，选择 “Script - Set preprocessor script layer-wise”，并选择整个图层范围。这会将脚本设置到每个图层的每个图像上，并触发每个图像的 mipmap 再生。当 TrakEM2 加载图像时，脚本将在 TrakEM2 看到图像内容之前在图像上运行。

快速重新生成 mipmap

mipmap 的默认生成方式是平均生成，速度相当快。不过，还可以考虑将其并行化：进入 “Project - Properties…”，将 mipmap 线程数设置为您机器的内核数，例如 12。如果选择使用高斯模式生成 mipmaps，请进入 “Project - Properties…”，将 mipmaps 模式设置为 “Gaussian”。必须注意以下事项：
在 TrakEM2 0.9a 及更高版本中，mipmaps 机器可以使用最新 ImageJ 中的多线程高斯实现。这意味着现在有两组线程：

线程集，每个线程重新生成单张图像的 mipmap 金字塔。
在生成 mipmap 金字塔的过程中，每迭代一次缩放，就会有一组线程执行高斯模糊降采样。

如果您的机器有 12 个内核，默认设置将使用 1 个线程处理 mipmap，12 个线程处理高斯模糊。这可能不符合您的数据属性：如果图像较小，您可能需要等待很长时间才能生成 mipmap。有两种策略可以加速基于高斯的 mipmaps 生成：

策略 A：您的数据由大图像组成（超过 4000x4000）。右键单击 TrakEM2 显示屏，选择 “Project - Properties…”，将 mipmap 线程设置为 1（默认值）。现在，将使用 12 个线程（给定 12 个内核）计算高斯，每次为单个图像重新生成 mipmap。
策略 B：您的数据由小图像组成（小于 4000x4000）。进入 Fiji 窗口，选择 “Edit - Options - Memory & Threads…”，将线程数设为 1。然后进入 “Project - Properties…”，将 mipmap 线程数设为 12。现在，mipmap 将一次生成 12 幅图像（给定 12 个内核），每幅图像使用一个线程计算高斯。

如果您的电脑内存较少，或者访问图像的速度较慢（例如数据保存在 USB 硬盘中），也可以使用策略 A。这就是为什么默认情况下只用一个线程生成 mipmaps。
如果将生成 mipmaps 的方法改为非高斯方法，就不会出现上述情况。将生成 mipmaps 的线程数设置为内核数，如果电脑内存不多，则设置为更少的线程数。

使用更大的quadtree buckets，XML 加载更快，内存消耗更少

除了为大图像选择合适的 mipmap 生成策略外，还要确保适当设置bucket的大小。
什么是 TrakEM2 中的 “bucket”： 每个层（每个部分）都有一个内部四叉树，用于查找鼠标下的对象（如图像），或快速查找与其他图像重叠的图像。换句话说，就是能够执行快速空间查询，例如查找与给定矩形相交的所有图像列表。
如果图像bucket的尺寸很小（默认边长为 4096 像素，那么一个图像桶就是一个 4096x4096 像素的正方形，这可以说是相当小了），再加上画布尺寸很大，生成的图像桶就会太多。这将耗费大量时间和内存。如果您的每个部分只有大约 100 张图片，而且图片都比较大（例如，每张图片的尺寸为 8096x8096 像素），那么请将bucket大小设置为比默认值大得多的值，例如 100000。这样实际上就只有一个bucket了。
当一个图层中有许多小对象或许多小的 zdisplayable 对象时，就需要使用小的数据bucket。在这种情况下，例如每个图层只有一个图像，但其中有许多较小的 Ball 或 Pipe 或 AreaList 对象，那么可以使用默认的数据bucket大小（4096）或更小。否则，可以选择大尺寸甚至超大尺寸，这样就能有效地移除bucket功能，并简化为列表搜索，而列表搜索对于 100 张左右的小图像列表来说是没有问题的。在配准/对齐分布在 5000 个部分的 400,000 张图片时，将图片桶设置为大（如 40960，默认值的 10 倍，甚至更大）是合理的。将数据bucket大小设置为较大值将大大减少 XML 的加载时间。要设置数据bucket大小，请右键单击并选择 “Display - Properties …”，然后写入数据桶大小值。

TrakEM2 一些脚本

打开 “Plugins - Scripting - Jython Interpreter”（请参阅 “脚本帮助”），确保打开了 TrakEM2 项目，并打开显示图片。然后键入或粘贴下面的示例。或者使用 "File - New - Script"打开一个新的脚本编辑器窗口，然后粘贴示例，选择 “Language - Python”，并按下 "Run "按钮。基础：

拖动图像并将其可视化的画布是显示对象的一部分。后者拥有访问其 "选区 "以及 "显示 "正在查看的 "图层 "和 "图层集 "的方法。
图层包含 Patch（每个 Patch 都包裹着一幅图像）和 DLabel（浮动文本）等 2D 对象。
LayerSet 包含三维对象，如 AreaList、Pipe、Polyline、Ball、Dissector、Treeline 和 Stack（后者封装了包含 ij.ImageStack 的 ij.ImagePlus）。

获取所选图像实例

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>>> p = Display.getFront().getActive()
>>> print p
    090504_0314_ex0768.mrc z=0.0 #67398

获取选定图像的ImagePlus

>>> p = Display.getFront().getActive()
>>> imp = p.getImagePlus()
>>> print imp.width, imp.height
    2048 2048

访问图层和选择显示

>>> front = Display.getFront()
>>> layer = front.getLayer()
>>> layer_set = front.getLayerSet()
>>> sel = front.getSelection()
>>> print sel.getSelected().size()
    10
    >>> print sel.isEmpty()
    0

参考

https://imagej.net/plugins/trakem2/
Cardona, A., Saalfeld, S., Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., Preibisch, S., Longair, M., … Douglas, R. J. (2012). TrakEM2 Software for Neural Circuit Reconstruction. PLoS ONE, 7(6), e38011. doi:10.1371/journal.pone.0038011
https://syn.mrc-lmb.cam.ac.uk/acardona/INI-2008-2011/data.html