"ImageJ" Yazılım Programı ile Morfolojik Görüntülerin Belirlenmesi

"ImageJ" Yazılım Programı ile Morfolojik GörüntülerinBelirlenmesiMehmet Bayırlı 11 Balıkesir Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, Balıkesirmbayirli@balikesir.edu.trÖzet: Doğal ve yapay tüm oluşum yüzeylerinin görüntüleri morfolojik yapı olarak tanımlanır.Bunların tanımlanması ve şekil parametrelerinin belirlenmesi ile ilgili çalışmalar farklı bilimdallarında yapılmaktadır. Bu çalışmada, “ImageJ” yazılımı kullanılarak morfolojikparametrelerin hesaplama yöntemi gösterilmektedir. Ayrıca, doğal manyezit cevheriyüzeyindeki doğal mineral oluşumların şekil parametreleri hesaplanmıştır. Bu çalışmada eldeedilen sonuçlar, doğal ve deneysel üretilen azoik veya non-azoik desenleri belirlemek için bualanda çalışan bilim adamları için yararlı olabilir.Anahtar Sözcükler: Görüntüleme, Morfolojik Yapı, ImageJ yazılımı, Nümerik Hesaplama.Determination of Morphological Images by "ImageJ" Software ProgramAbstract: Images of all natural and artificial formation is defined as the morphology surface.The identification and determination of the shape parameters of morphological structure areinvestigated in many studies in different areas of science. In this study, the computation of themorphological parameters is determined using “ImageJ” software. In addition, natural mineralformations on the surface of natural magnesite ore shape parameters are calculated. The resultsobtained in this study may be useful to scientists that are working on this area to determinenatural and experimentally produced azoic or non-azoic patterns.Keywords: Morphological Structures, ImageJ Software, Numerical Computation.1. GirişDoğada azoik-azoik olmayan tüm oluşumve numunelerin görünen dış yüzeylerininkendine özgü bir yapısı vardır [1]. Ancak,gerçekte makroskobik dış yapısınınoluşturduğu doku (texture) mikroskobikiçyapısının bir sonucudur [2, 3].Bir yapı ve objenin anlık görünümüfotoğraf makinesi, tarayıcı veya atomiktarama mikroskobu ve süreç içerisinegelişen olayları görüntülemek için kameravb cihazlar kullanılmaktadır. Böylece bugörüntüler bilgisayar atmosferine taşınıpgörüntü analiz yöntemleri kullanılarakfarklı belirlenen hedeflere ulaşmak içinçalışmalar yapılmaktadır [4].Herhangi makine görüntüsünü belirlemeve tanımlama amacıyla bilgisayaralgoritmaları kullanılarak, yerelbölgelerindeki görüntü yoğunluğun tekdüzen olduğu bölgeler için basitleştirilmişvarsayımlar yapılmaktadır. Ancak gerçekobjelerin görüntüleri tek düzene sahipyoğunluk bölgeleri içermeyebilir. Örneğin;ahşap bir numunenin yüzeyinin görüntüsütek düzen değildir. Fakat yüzeyingörünümü “görüntü dokusu” (visualtexture) olarak isimlendirilen ve periyodikyapıya sahip farklı yoğunlukvaryasyonlarını içermektedir. Yüzey1

üzerindeki farklı yoğunluklu oluşumlar,“pürüzlülük” gibi yüzeyin fizikselsonuçlarını belirler [2, 4].Bir görüntünün elde edilmesi vetanımlanması için farklı amaçlarhedeflenebilir. Fotoğraf sanatçısı güzel birgörüntüyü bir sanat eseri olarak sunabilir.İnce film üreten bir araştırmacı yüzeymorfolojisini belirlemek için kullanabilir.Bir hekim olası bir hastalığın tanısınayardımcı tekniklerden biri olarakkullanabilir. Her bir amaca uygun farklıcihazlar geliştirilmiş ve günümüzde halakullanılmaktadır. Bütün bu çalışmalarda,görüntüyü tanımak ve morfolojiközelliklerini belirlemek amacı ile dolaylıve dolaysız bilgisayar bir araç olarakkullanılmaktadır. Ancak, bilgisayar ilegörüntü tanıma algoritmasını hazırlama vetest ederek kullanılır hale getirme oldukçaprofesyonellik gerektiren bir durumdur.Bu amaca yönelik hazırlanmış farklıbilgisayar program ve algoritmaları vardır.Bunlardan biri “ImageJ” programıdır [5].Bu program, elde edilen bir görüntüüzerinde morfolojik yapı ve dokuözelliklerini belirlemek için tanımlanmışher parametreyi sistematik komut sistemikullanarak hesaplama imkânı sunmaktadır.Programın yaptığı hesaplamalar kalibreedilmiş ve sonuçları uluslar arasıdeğerlendirmelerde kabul görmektedir.“ImageJ” programının bilinmesi, özelliklebilgisayar yazılımı konusunda profesyonelolmayan ve farklı bilim dalına sahip biliminsanları için yaralı olabilir [6, 7, 8].Bu çalışmada, örnek olarak, manyezitcevheri yüzeyinde oluşmuş, mineralgörüntülerinin ölçekleme metodukullanılarak bilgisayar atmosferindemorfolojik yapısına ait parametrelerinImageJ programı ile nasıl hesapladığıgösterilmektedir. Bu amaçla, mineralgörüntüleri bilgisayar ortamına taşınarak“ImageJ” programı morfoloji tanımlama2adımları belirlemektedir. Bu çalışma,morfolojik yapı tanımlanması üzerineçalışma yapan bilim insanları için yaralıolabilir.2. ImageJ ile morfoloji tanımlamaManyezit cevheri yüzeyinde oluşmuşmineral yapıları tarayıcı kullanılarakbilgisayar ortamına taşınmaktadır. Tipikiki farklı görüntü Şekil 1A ve 1B’degösterilmektedir. Görüntüler üzerindebölgesel farklı görüntü yoğunluklubölgeler vardır. Bunlar noktasal, çizgisel,saçaklı ve yoğun yapıda ve mineraloluşumları göstermektedir. Görüntüyüzeyine rastgele dağılım göstermektedir.Morfolojinin farklı oluşması görüntüüzerindeki farklı görüntü yoğunluğundankaynaklanmakta ve oluşumlarıngeometrisini belirlemektedir.ABŞekil 1. Manyezit cevheri yüzeyindekimineral oluşumlarının görüntüleri. İkifarklı görüntü incelendiğinde dokudakioluşumlarının görüntü yoğunluklarıbirbirinden farklıdır. Birbirine ve kendiiçlerinde farklı bir morfoloji oluştururlar.Görüntü analizi yapmak için Şekil 1A ve1B de gösterilen her bir mineralgörüntüleri ImageJ programının içerisiayrı ayrı taşınmaktadır. ImageJprogramının ana komut sistemi görüntüsüŞekil 2 de gösterilmektedir.

Görüntü inceleme adımları aşağıdaki gibiözetlenebilir. Görüntü formatı referansalınmadan “File” komutu altındaki “Open”Şekil 2. ImageJ görüntü incelemeprogramı genel görünümü.komutu kullanılarak görüntü programiçine taşınır. Daha sonra “Image” komutuiçerisindeki “Type” komutu kullanılarakgörüntü 8-Bit formata dönüştürtür. Eğergörüntü lineer boyutları değiştirilmekisteniyorsa, “Image” komutu içerisindeki“Adjust” alt komutu altında bulunan “size”komutu kullanılarak ayarlanır. Daha sonragörüntü BMP “binary” resim formatınadönüştürmek için “Proses” komutualtındaki “Binary” komutunun altındaki“Make Binary” komutu kullanılabilir.Görüntüye ait parçacık analizi yapmak için“Analyze” komutu altında “AnalyzeParticles ” komutunu kullanılır. Ancak buişlem için her bir görüntüye ait referansölçek pixel veya herhangi bir uzunlukbiriminde verilmesi gerekir. Bu işleminnasıl yapılacağı Şekil 3 degösterilmektedir.Ayrıca referans ölçek değeri vermek içinise “Analyze” komutu altında “Set Scale”komutunu kullanmak gerekir. Şekil 4. degösterilmektedir.Morfolojik görüntüdeki oluşumlarınhesaplanmak istenilen geometrikparametre değerleri tablosunu oluşturmakiçin “Analyze” komutu altında “SetMesurments” komutunundan hesaplanmakistenen değerler seçilmelidir. Söz konukomut kullanma adımı Şekil 5 degösterilmektedir. Ayrıca görüntülere ölçekvermek için “Analyze” komutu altında“Tools” komutu altındaki “Scale Bar”komutu istenilen koşullara göredüzenlenerek seçilmelidir.Şekil 4. Tanımlanacak uzunluk içinreferans uzunluğunu verme.Böylece görüntü üzerindeki oluşumlarıngeometrik parametrelerini hesaplamak için“Analyze” komutu altında “Measure”komutu seçilmelidir. Sonuçlar liste halindeelde edilecektir. Hesaplanan sayısaldeğerler kullanıcı tercihli formattasaklama imkânı vermektedir.Şekil 3. Parçacık analizi için referansnicelik verme. Bu değer belirlenenherhangi bir uzunluk biriminde olabilir.3

Şekil 5. BMP formatındaki bir görüntününgeometrik parametrelerini ve hesaplamaiçin seçim seçenekleri görüntüsü.“ImageJ” görüntü analiz programı,kullanıcıya farklı her formatta ve renktekigörüntü üzerinde çalışma imkânısunmaktadır. Açık kodlu olup internettenücretsiz olarak http://rsb.info.nih.gov/ij/adresinden hem indirilebilmekte hem deprogramın çalışma kılavuzuna ulaşmaolanağı sunmaktadır [4]. Ayrıca kullanımamacına göre çözülmüş farklı örneklerverilmektedir [5, 6, 7]. Bu çalışmada,yalnızca BMP formatına sahip doğalmineral oluşum görüntüleri üzerindekihesaplamalar gösterilmektedir.3. Bir uygulama ve bulgularFarklı doğal morfolojiye sahip Şekil 1A veŞekil 1B de gösterilen manyezit cevheriyüzeyindeki mineral oluşumlar tarayıcı iletaranarak bilgisayar atmosferine taşındı.Önce görüntüler ImageJ içerisine alınarakyapıları lineer boyutu 512 pixel’li kapalıkare örgü içerisinde kalacak şekildeayarlandı. Daha sonra bunlar, 8 bit (1 byte)değerli BMP (binary) görüntü formatınadönüştürüldü. Şekil 5 de gösterilenmorfolojik parametreler hesaplanmaktadır.Şekil 6 da Şekil 1A da gösterilen görüntüüzerinde görüntü yoğunluğu farklıoluşumları numaralayarak göstermektedir.Şekil 1A’daki görüntü üzerinde 916 adet4Şekil 6. Şekil 1A’nın ImajeJ programı ilebelirlenen görüntü yoğunluklarınınoluşturduğu bölgeler. Her biri tablodahesaplanan değerlere göre sıra numarasıile verilmektedir.geometrisi farklı görüntü yoğunlukluhesaplanmıştır. Ayrıca bunlar “RioManager” tablosu olarak ayrıca programtarafından gösterilmektedir. Şekil 7’dehesaplama sonucunda elde edilen verilerinbir kısmı gölerilmiştir. Şekil 1B görüntüsüüzerinde ise 1514 farklı geometriye sahipgörüntü yoğunluğu farklı bölgebulunmaktadır.Hesaplanan morfolojik ve geometrikparametreler ayrıca Tablo 1’de halindeverilmektedir. Tablo değerleri txt uzantılıveya exel dosyası olarak kaydetmeyeolanağı verir. Hesaplanan bu değerleramaca yönelik kullanılabilir.Morfolojik bir yapıyı belirlemek içinbirçok geometrik parametre tanımlanmıştır[4, 5, 8]. Bunların bazıları Tablo 1 deözetlenmektedir. “ImageJ” programıbunların her birini hesaplamaalgoritmasına sahip ve komut sistemikullanarak hesaplama imkânı sunar.

Tablo 1. Morfolojik şekil parametreleri veformülleri.Sonuçlar Şekil 7 de gösterildiği gibiParametre Sembol TanımıAlan A Oluşumda kenarı 1pixel olan dolukarelerin sayısıÇevre P Oluşum çevresindekiboyutu 1 pixel olanuzunluk sayısıKütle merkezi (X,Y) Tüm görüntünün kütlemerkeziDairesellik C =4л |A|/P 2Yuvarlaklık R =|A|/ л|Büyük eksen| 2Sağlamlık S =|A|/|Eğrisel alanı|Fraktal boyut D =logN(ε)/log ( ε)Çevre-Alan aitkritik üs değeriγ=log P 1/D /logAIraksama oranı ρ =P 1/D /A 1/2“Results” tablosu, özet değerler“Summary” ve her bir görüntü yoğunluklubölge numaralandırılmış olarak “ROIManager” başlıklı başka bir tablodaverilmektedir.Ayrıca her bir görüntü yoğunluklu bölgeiçin “ROI Manager” tablosu kullanılarakFraktal boyut değerleri D, Şekil 1A daverilen görüntü için 1.658 ve Şekil 1B daverilen görüntü için ise 1.801hesaplanmıştır [9]. Diğer şekilparametreleri bireysel görüntü yoğunluksayısı çok büyük olduğundan sadecetanımlama ve hesaplama yöntemigösterilmiştir.4. Sonuç ve ÖnerilerBu çalışmada görüntü tanımlama vemorfolojik yapıların belirlenmesi ile ilgilibilimsel çalışmalarda kullanılabilen“ImageJ” programı tanıtılmaktadır.Program açık kodlu olup görüntüyü tanımaile ilgili tanımlanmış tüm algoritmalarkomun sistemi kullanılarak hesaplamaolanağı sunmaktadır. Bu programıkullanarak doğal manyezit cevheriyüzeyinde oluşmuş mangan yapıoluşumları üzerinde örnek olarakhesaplama yapılmıştır.Bu çalışma doğal ve deneysel olaraküretilmiş azoik ya da azoik olmayanmorfolojik yapıları tanımlama üzerindeçalışma yapan bilim insanları için yaralıolabilir.istatistiksel hesaplama imkânı vardır.Şekil 7. Hesaplanan morfolojik tanımlananparametrelerinin hesaplanan değerlerin birbölümünün tablo görüntüsü.55. Kaynaklar[1] Barbarasi, A.L., Stanley, H.E., “FractalConcepts in Surface Growth”,Cambridge, University Press,Cambridge, (1995).[2] Meakin P., “Fractals, Scaling andGrowth Far From Equilibrium”,Cambridge University Press, Cambridge,(1998).[3] Vicsek T., “Fractal GrowthPhenomena”, Word scientific, Singapore,(1992).[4] Tuceryan, M., Jain AK., “TheHandbook of Pattern recognition andComputer Vision” 2nd Edition, by C. H.Chen, L. F. Pau, P. S. P. Wang, pp207-

248, Word Scientific Publishing Co.(1998).[5] http://rsb.info.nih.gov/ij/ (20.11.2012).[6] Rasband, W.S., ImageJ, U. S. NationalInstitutes of Health, Bethesda, Maryland,USA, http://imagej.nih.gov/ij/, (1997-2012).[7] Schneider, C.A., Rasband, W.S.,Eliceiri, K. W. "NIH Image to ImageJ: 25years of image analysis". Nature Methods9: 671-675 (2012).[8] Abramoff, M.D., Magalhaes, P.J.,Ram, S.J. "Image Processing withImageJ". Biophotonics International, 11-7: 36-42 (2004).[9] Bayirli M., “The GeometricalApproach of the Magnesite CompoundDeposition on the Surface of MagnesiteOre”, Physica A 353:1-8 (2005).6