【Matlab案例】imageJ + matlab 实现物体轨迹追踪及路径彩色上色

news2024/10/6 5:26:25

我们经常看到一些文献中对细胞或者粒子的运动轨迹进行上色，不同的颜色对应着不同的时间。一纯色的轨迹实现起来很方便，彩色的轨迹如何实现呢？本文使用imageJ获取轨迹数据，使用matlab对轨迹进行上色。结果如下：
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1. imageJ 导入图像

导入视频，本案例使用的.mp4格式视频。需要安装一个插件，FFmpeg。
打开imageJ，找到更新页面（Help->Update…）
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点击 Manage Update Sites

找到FFMPEG插件，并勾选，然后点击App and Close

最后点击Apply Changes

等待安装完成并重启软件后，就能找到插件了

点击Movie(FFMPEG)，将自己的.mp4文件进行导入。
注意需要取消勾选Use virtual stack，否则会报错。
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2. imageJ轨迹追踪

2.1 手动轨迹追踪

点击Plugins->Tracking->Manual Tracking，进行手动轨迹追踪
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根据自己视频需求，设置相关参数。如果只进行轨迹追踪，不需要特殊设置。然后点击Add track
使用鼠标左键点击你关注的物体或者粒子，就能够得到每一帧图片中这个物体在整个图像中的X Y坐标，这些X Y坐标序列就是该物体的轨迹。后续我们将使用这些轨迹在Matlab中进行上色。
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当完整所有帧中的轨迹点选，就会出现一条轨迹曲线。本文仅单个物体的轨迹追踪为例，如果需要同时追踪多个物体，需要再次点击Add track，然后重新从第一帧开始点取。

我们将得到数据保存下载，之后导入matlab中
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2.2 自动轨迹追踪

随后添加

3. 在Maltab中为轨迹上色

首先读取图像数据以及 ImageJ导出的数据

clear all
clc
%% 读取数据
% 读取视频文件
videoFile = '示例视频.mp4';
video = VideoReader(videoFile);

% 创建一个视频写入对象，用于保存带有轨迹的视频
outputVideoFile = 'OutPut-示例视频.mp4';
outputVideo = VideoWriter(outputVideoFile, 'MPEG-4');
open(outputVideo);

% 读取CSV文件
data = readtable('data.csv');
% 获取x和y坐标数据，假设第一列是x坐标，第二列是y坐标
x = data{:, 3};
y = data{:, 4};
SliceN=data{:, 2};
trackNum=length(SliceN);

创建窗口用于实时显示绘制过程，可以修改colors来改变轨迹的映射颜色，也可以修改轨迹粗细

%%
% 创建一个图形窗口用于显示视频
hFig = figure;

% 获取jet颜色映射
cmap = jet;
% 归一化数据到[0, 1]
dataNormalized = (SliceN - min(SliceN)) / (max(SliceN) - min(SliceN));
% 使用round来确保索引是整数
colorIdx = round(dataNormalized * (size(cmap, 1) - 1)) + 1;
% 获取对应的颜色
colors = cmap(colorIdx, :);
% 轨迹粗细
lineWidth = 6;  % 可以设置为您需要的值
% 轨迹点大小
markerSize = lineWidth * 3;  % 确保点足够大以覆盖线段之间的间隙

对每一帧进行轨迹与图像叠加

while hasFrame(video)
    % 读取一帧
    frame = readFrame(video);

    % 在当前帧上绘制轨迹
    imshow(frame);
    hold on;  % 保持当前帧的图像，以便在上面绘制轨迹

    % 获取当前帧号
    frameNumber = video.CurrentTime * video.FrameRate;

    % 限制轨迹到当前帧号
    currentX = x(SliceN <= frameNumber);
    currentY = y(SliceN <= frameNumber);

    % 在帧上添加轨迹
    for k = 1:length(currentX)-1
        % 绘制点以覆盖线段间的间隙
        plot(currentX(k), currentY(k), '.', 'MarkerSize', markerSize, 'Color', colors(k, :));
        line([currentX(k) currentX(k+1)], [currentY(k) currentY(k+1)], 'Color', colors(k, :), 'LineWidth', lineWidth,'LineJoin','round');
    end

    hold off; % 结束绘图，以便下一帧可以重新开始绘制

    % 将带轨迹的帧写入输出视频
    frameWithPath = getframe(gca);
    writeVideo(outputVideo, frameWithPath.cdata);

    % 播放视频
    drawnow;
end

% 关闭视频写入对象
close(outputVideo);

% 关闭图形窗口
close(hFig);

% 打开带轨迹的视频
implay(outputVideoFile);