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檔案格式支援與匯入匯出

簡介

ImageJ/Fiji 支援多種影像格式，從通用的圖片檔到專業的醫學與顯微鏡影像。了解不同格式的特性以及如何正確匯入與匯出，是確保影像分析準確性的第一步。

支援的檔案格式

一般影像格式

• TIFF (Tagged Image File Format): 科學影像首選格式。支援無損壓縮，能完整保留原始像素數據。它可以儲存多頁影像（影像堆疊, Stacks）和重要的元數據（Metadata）。
• JPEG (Joint Photographic Experts Group): 有損壓縮格式。檔案小，適合分享與網頁展示，但不適合用於定量分析，因為壓縮過程會改變原始像素值。
• PNG (Portable Network Graphics): 無損壓縮格式，支援透明背景，適合用於製作圖表和報告。
• BMP (Bitmap): 無壓縮的點陣圖格式，檔案較大，現已較少使用。
• GIF (Graphics Interchange Format): 支援動畫，但色彩深度較低（最多256色），不適合科學影像。

專業醫學影像格式

• DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine): 醫學影像（如CT、MRI）的標準格式，內含豐富的病患資訊和掃描參數等元數據。
• Bio-Formats (透過外掛支援): 這不是單一格式，而是一個強大的函式庫，讓 Fiji 能夠讀取超過150種來自不同顯微鏡廠商的專有格式（如 .czi, .lif, .nd2）。這是處理顯微鏡影像最推薦的方式。
• NIfTI (Neuroimaging Informatics Technology Initiative): 常用於神經影像學（如fMRI）的格式。
• ANALYZE
• MetaMorph Stack (STK): MetaMorph 軟體使用的堆疊影像格式。

特殊格式

• Raw Data
• Image Sequence: 將一個資料夾內依序編號的圖片（如 img_001.tif, img_002.tif...）當作一個影像堆疊來開啟。
• FITS（Flexible Image Transport System）

匯入影片檔 (MP4, MOV, AVI)

雖然 ImageJ/Fiji 可以直接開啟某些基本的影片格式，但要支援現代常見的格式（如 MP4, MOV），最穩定的方法是透過 FFmpeg 外掛。

步驟一：安裝 FFmpeg 支援 (一次性設定)

FFmpeg 是一個強大的多媒體函式庫，安裝它能讓 Fiji 具備處理幾乎所有影片格式的能力。

1. 開啟 Fiji。
2. 執行 Help > Update...。
3. 在 Updater 視窗中，點擊左下角的 Manage update sites 按鈕。
4. 在更新站點列表中，找到並勾選 FFMPEG。
5. 點擊 Close 按鈕返回 Updater 主視窗。
6. 點擊 Apply changes 按鈕，Fiji 會自動下載並安裝 FFmpeg 相關檔案。
7. 安裝完成後，重新啟動 Fiji 以完成安裝。

步驟二：匯入影片

安裝完 FFmpeg 支援後，就可以輕鬆匯入影片了。

1. 執行 File > Import > Movie (FFmpeg)...。這個選項在安裝外掛後才會出現。
2. 在彈出的檔案選擇對話框中，找到並開啟你的影片檔 (如 .mp4, .mov, .avi 等)。
3. ImageJ 會顯示一個選項對話框，你可以設定：
   • Use Virtual Stack：處理長影片或高解析度影片時勾選此項。它不會一次將整個影片載入記憶體，而是需要時才讀取對應的影格，可以避免記憶體不足的問題。但有些影片格式無法被支援用Virtual stack載入。
   • Frame range：可以指定要匯入的影格範圍，例如只匯入第 100 到 200 格。
4. 點擊 OK。影片會被匯入成一個影像堆疊 (Image Stack)，其中影片的每一「格」(frame) 都會成為堆疊中的一個「切片」(slice)，可供後續進行分析。

匯入與匯出操作

檔案匯入（File Import）

1. File > Open 或 拖放檔案: 最簡單的方式，適用於標準格式如 TIFF, JPEG, PNG。對於複雜的科學影像，可能會遺失部分元數據。
2. File > Import > Bio-Formats: 強烈推薦用於所有科學影像（特別是顯微鏡或醫學影像）。它能最完整地讀取影像的維度（Z-stack, Time-series）、通道和元數據。
3. File > Import > Image Sequence...: 當你有一系列單張圖片（例如來自縮時攝影或連續切片）且檔名有數字順序時使用。

檔案匯出（File Export）

1. File > Save As > Tiff...: 將當前影像或堆疊儲存為單一的TIFF檔案。這是保存分析結果最推薦的方式。
2. File > Save As > Image Sequence...: 將影像堆疊中的每一張切片（slice）儲存為獨立的、帶有編號的圖片檔案。
3. File > Save As > [其他格式]: 可儲存為 JPEG, PNG 等，但請注意有損壓縮可能影響數據準確性。

格式選擇建議

保存原始數據

• 永遠使用無損格式，首選 TIFF。
• 確保保留原始的位元深度（Bit Depth），例如 16-bit 影像不要存成 8-bit，以免損失動態範圍。
• 盡可能保留元數據（Metadata），它包含了重要的實驗參數。

分享與發布

• 考慮檔案大小與相容性
• 選擇通用格式：PNG（無損）或高品質的 JPEG（有損）。
• 注意壓縮品質設定
• 警告： 除非只是為了視覺展示，否則不要用 JPEG 格式的影像進行任何後續的定量分析。

特殊應用

• 多維度資料： 使用支援多維度的格式，如 OME-TIFF（可透過 Bio-Formats 匯出）。
• 連續影像： 可存成 Image Sequence 或 AVI 影片。
• 大型檔案： 考慮使用 Fiji 的 Virtual Stack 功能，它只在需要時載入部分影像到記憶體，避免記憶體不足。

實作練習

練習 1：檔案格式轉換與比較

目標： 學習如何將專業的醫學影像格式（DICOM）匯入ImageJ，並轉換為通用的無損格式（TIFF），同時了解兩者在檔案大小和元數據（Metadata）上的差異。

步驟：

1. 下載範例檔案

   • 請點擊此連結下載公開的DICOM範例檔案集：DICOM files
   • 請下載第一個 DEMO 0002 (1702 Kb)。
   • 下載後，請將其解壓縮。你會看到一個包含 .dcm 檔案的資料夾。

2. 匯入 DICOM 序列

   • 開啟 ImageJ/Fiji。
   • 點選 File > Import > Bio-Formats 匯入檔案。

3. 查看元數據 (Metadata)

   • 在影像視窗被選中的狀態下，執行 Image > Show Info...。
   • 你會看到非常詳細的醫學資訊，如病患ID、掃描參數等。

4. 轉換為 TIFF 格式

   • 在影像視窗被選中的狀態下，執行 File > Save As > Tiff...。
   • 選擇一個儲存位置，將檔案命名為 test.tif，然後儲存。

練習 2：影像序列的匯入與匯出

目標： 學習如何將影像堆疊拆分為影像序列，再將其重新組合。

步驟：

1. 匯出為影像序列

   • 使用上一個練習開啟的影像堆疊（如果已關閉，請重新開啟 MR-head.tif）。
   • 執行 File > Save As > Image Sequence...。
   • 在對話框中，選擇 PNG 格式，並為檔案命名（例如 slice_）。
   • 建立一個新的資料夾來存放這些序列圖檔，然後按「OK」。

2. 檢查輸出

   • 打開你剛才建立的資料夾，你會看到一系列命名為 slice_0001.png, slice_0002.png... 的獨立圖片檔案。

3. 重新匯入影像序列

   • 關閉 ImageJ 中所有開啟的影像。
   • 執行 File > Import > Image Sequence...。
   • 導航到你存放序列圖檔的資料夾，選擇第一張圖片（slice_0001.png），然後按「開啟」。
   • ImageJ 會自動偵測到這是一個序列，並將所有圖片重新組合成一個影像堆疊。