1 Tutorial: Abrindo Vídeos e Medindo Comprimentos no ImageJ 1. Introdução
O ImageJ é um software livre (freeware)
que pode ser obtido gratuitamente no site
http://rsb.info.nih.gov/ij/. Esse software é
usado para análise de imagens, tanto de
fotos quanto de vídeos. Possui várias
ferramentas que podem ter utilidade em
diversas áreas de conhecimento.
O programa apresenta duas janelas de
trabalho mostradas na figura 1 a seguir: a
barra de ferramentas e o painel de
imagens. Na primeira, apresenta as
ferramentas
disponibilizadas
pelo
programa e informações sobre a imagem
analisada. Na segunda, é exibida a
imagem a ser analisada. Essa segunda Figura 1- Interface em duas janelas: a barra de ferramentas (superior)
janela só aparece quando um arquivo está
e a janela de imagens. aberto.
2. Abrindo arquivos de vídeo
Para abrir arquivos de vídeo, siga a seqüência
File>Import>[Formato do arquivo desejado] que será
detalhadamente exemplificada nos parágrafos a seguir1.
O comando File (arquivo, em inglês) fica situado no
canto superior esquerdo da janela de ferramentas do
ImageJ. Ao clicar sobre a palavra File, uma lista de subcomandos aparece (veja figura 2).
Ao colocar o cursor do mouse sobre a palavra Import
(importar, em inglês), que aparece na sexta posição, de
cima para baixo, da lista de sub-comandos do comando
Figura 2- Lista de sub-comandos associados ao
File, uma segunda lista com formatos de arquivos a
comando File
serem importados surge a nossa frente (veja figura 3).
O formato de arquivo denominado Animated Gif (Gif animado, em inglês) aparece na quinta posição,
quando contamos, de baixo para cima, os formatos de arquivo disponíveis no sub-comando Import. No
exemplo que desenvolvemos nesse tutorial, a seqüência de ações a se seguir para abrir um arquivo do tipo
Gif Animado é File>Import>Giff Animated. A escolha por esse formato de arquivo em particular, deve-se ao
fato de que ele é um dos poucos formatos que podem ser diretamente abertos pela versão do ImageJ que é
oferecida no site. Para trabalhar com todos os formatos de arquivo apresentados no sub-comando Import é
preciso incrementar o ImageJ mediante a instalação de plugins.
Ao escolher um formato de arquivo a ser aberto, por exemplo, um arquivo do tipo Gif Animado, uma nova
janela temporária se abre diante de nós. Trata-se da mesma janela que se abre toda vez que estamos
procurando um arquivo no computador. Sendo assim, para abrir o arquivo e começar a analisá-lo com o
ImageJ, precisamos indicar o caminho ou o diretório onde o arquivo que queremos analisar pode ser
encontrado. Essa operação e a seleção do arquivo desejado é que permite a abertura da janela imagem.
1
A seqüência File>Open abre apenas fotos. Caso tente abrir um vídeo, apenas o primeiro frame do vídeo será aberto. 2 3. Obtendo informações sobre as Imagens
No ImageJ, a imagem aberta na janela de imagens é
analisada como se estivesse sobre um plano cartesiano
formado, obviamente, por um eixo horizontal e outro
vertical (respectivamente, chamados de eixos X e Y). A
origem desse sistema de coordenadas está no canto
superior esquerdo da janela de imagens. As
coordenadas de um ponto específico da imagem podem
ser obtidas levando o cursor do mouse até esse ponto.
Essas coordenadas apareceram na parte inferior da
barra de ferramentas (veja figura 4).
No caso de um vídeo, surge também, na parte inferior da
barra de ferramentas, uma coordenada denominada Z.
Ela identifica, indiretamente, o quadro ou frame do vídeo
que corresponde a imagem exposta na janela de
imagem. A identificação direta desse frame é facilmente
obtida mediante a consulta ano primeiro número exibido Figura 3- Lista de formatos de arquivos que podem ser
na parte superior da janela de imagem (veja, novamente, importados e analisados pelo software ImageJ. a figura 4). Assim, no exemplo apresentado na figura 4,
o número 13/127 indica que a janela de imagens exibe o
frame de número 13 de um vídeo composto por 127
frames.
4. Ampliando uma imagem ou frame de video
Para analisar adequadamente uma imagem, muitas
vezes é necessário ampliá-la. Para fazer isso, clique no
botão retangular Magnifying Glass (lente de aumento,
em inglês), que fica na barra de ferramentas. Trata-se do
décimo botão retangular da esquerda para a direita.
Depois de selecionar essa função, quando você irá clicar
com o botão esquerdo do mouse na região da imagem a
ser ampliada; o clique no botão direito serve para reduzir
a imagem. Arrastando a barra de ferramentas para uma Figura 4- Informações contidas na parte inferior da barra
região da imagem que não será analisada, podemos de ferramentas e na parte superior da janela de imagem
obter uma configuração mais adequada, como é o caso
do exemplo mostrado na figura 5.
5. Configurando a escala de
medidas de comprimento
O programa ImageJ permite a medida de
comprimentos, áreas, intensidade de
cores e uma série de outras informações
que podem estar disponíveis na imagem.
Para realizar medidas de comprimento,
precisamos fornecer ao programa uma
distância real que faz parte da imagem a
ser trabalhada.
O exemplo de imagem apresentada na
figura 5 traz uma régua vermelha situada
sobre a mesa de madeira que aparece na
Figura 5- Resultado da ampliação da janela de imagem parte inferior da imagem. Essa régua
3 vermelha, capaz de medir até 50,00 cm, possui um comprimento total de 50,50 cm. Para calibrar a
ferramenta de medida do ImageJ a partir da informação acerca do comprimento total da régua que aparece
na imagem a ser analisada, é necessário selecionar a função Straight Line Selection (seleção de linha reta,
em inglês), mediante um clique sobre o quinto botão retangular, contado da esquerda para a direita, que
compõe a barra de ferramentas (veja a figura 6).
Figura 6- Acionamento do botão Straight Line
Selection Após acionar essa função, você irá usar o mouse para estender uma linha amarela sobre o objeto que
aparece na imagem cujo comprimento é conhecido. No caso do exemplo que estamos a desenvolver, esse
objeto é a régua vermelha. Para criar essa linha amarela sobre a imagem da régua você deve: (i) clicar com
o botão esquerdo do mouse em cima de uma das extremidades da imagem da régua; (ii) arrastar o cursor
do mouse sobre a imagem da régua, mantendo o botão esquerdo pressionado; (iii) soltar o botão do mouse
assim que o cursor atingir a outra extremidade e observar o surgimento da linha amarela (veja figura 7).
Se a linha ficar mais comprida ou mais curta do que deveria, basta posicionar o cursos do mouse sobre uma
de suas extremidades. Nessas circunstâncias, o cursor se transformará no ícone de uma mão com o dedo
indicador estendido. Clique no botão esquerdo do mouse e arraste a extremidade da linha amarela até ela
atingir a posição adequada.
Figura 7- Linha amarela criada pela função Straight Line Selection sobre a imagem da régua vermelha.
Depois de criar a linha amarela é preciso dizer ao
software qual é o comprimento que ela representa.
Para isso, clique sobre o comando Analyze
(analisar, em inglês) que fica na linha de comandos
da janela de ferramentas, acima da linha de botões
retangulares. Ao clicar sobre esse comando, uma
lista de funções de análise, dividida em dois
segmentos consecutivos, torna-se acessível (veja a
figura 8). A primeira função do segundo segmento
dessa lista é Set Scale (Estabelecer a escala, em
inglês).
Ao escolher a função Set Scale, uma nova janela
se abre (veja figura 9). Daí, basta inserir o valor do
comprimento conhecido da régua em centímetros
no campo denominado Known Distance (distância
conhecida, em inglês). No campo denominado Unit
Figura 8- Acesso à função de análise Set Scale 4 of Length (unidade de comprimento, em inglês) digite a palavra centímetros. Por fim, ative a opção Global
que aparece no final da janela para que a mesma escala seja utilizada pelo software em toda a imagem.
Para fechar essa janela e implantar a escala escolhida nas configurações do
ImageJ, dê um Ok e vá conferir se a operação obteve êxito. Para isso, mova
o cursor do mouse de uma extremidade à outra da imagem da régua (ou
outro objeto de tamanho conhecido usado para configurar a escala de
medida).
Quando você mover o cursor do mouse poderá observar, na última linha da
barra de ferramentas, bem abaixo da linha dos botões retangulares, que os
valores das coordenadas x e y irão mudar, indicando o deslocamento do
cursor do mouse. Como a régua de nosso exemplo está na direção
horizontal, a diferença entre os valores da coordenada x, para as
extremidades da régua, deverá coincidir com o comprimento indicado para a Figura 9- Janela da função Set
régua no campo Known Distance da função Set Scale.
Scale 6. Passando o vídeo quadro a quadro e identificando o início do movimento
Ao converter um arquivo de vídeo do formato original em que ele foi criado, para um arquivo de Gif
Animado, nós transformamos o vídeo em uma sequências de imagens estáticas. O resultado é um tipo de
vídeo conhecido como stop motion. O programa ImageJ permite que avancemos a imagem quadro a
quadro, quando clicamos com o mouse na barra de rolagem horizontal que fica na extremidade inferior da
janela de imagem. A cada clique e a cada mudança de frame, muda também o número que aparece no
canto superior esquerdo da janela de imagem e que indica o frame específico que é exibido na janela de
imagem.
No exemplo que estamos a desenvolver, analisamos um vídeo que mostra o movimento de um carrinho
sobre um trilho horizontal. O início do movimento não coincide necessariamente com o primeiro frame
exibido no arquivo de vídeo. Sendo assim, é importante passar o vídeo quadro a quadro, de modo a
identificar o frame específico no qual o movimento tem seu início. Anote o número desse frame e considereo como coincidindo com o valor zero das medidas de tempo.
O número de frames por segundo é definido no momento da captura do vídeo e depende do equipamento
utilizado para produzir o vídeo. A câmara que utilizamos gerou 30 quadros por segundo, de modo que se
pode afirmar que o intervalo de tempo entre um frame e outro corresponde a 1/30 segundos.
7. Decidindo o modo de agrupar os frames para estudar o movimento
Ao avançar um vídeo quadro a quadro é possível observar os movimentos que foram registrados no vídeo.
O exemplo que estamos a desenvolver envolve a análise do movimento de um carrinho que se desloca
sobre um trilho horizontal. A mudança de posição entre um frame e outro, nesse e em outros casos, pode
ser muito pequena para ser medida, de modo adequado. Nesse caso, ao invés de procurarmos medir a
distância percorrida pelo objeto entre um frame e outro, podemos decidir por agrupar vários frames, por
exemplo, 10 ou 20 deles. Nesse caso, clicamos 10 ou 20 vezes sobre a barra de rolagem horizontal que
controla o avanço do vídeo frame a frame, antes de repetir a operação da medida da distância total
percorrida pelo objeto até o último frame exibido. Essa operação de medida será detalhadamente explicada
nas próximas seções deste tutorial.
5 8. Configurando a ferramenta de medição
de comprimentos
Antes de iniciar as medidas de comprimento, é
importante configurar a ferramenta de medição. A
ação de configuração envolve a escolha do
comando Analyze seguido do sub-comando Set
Measurements (configurar as medidas, em inglês),
tal como segue ilustrado na figura 10.
Ao clicar no sub-comando Set Measurements uma
janela de configuração igual àquela mostrada na
figura 11 tornar-se-á disponível. A configuração que
nos interessa é aquela em que nenhuma das
opções apresentadas na janela de configuração
seja selecionada.
Figura 10- Acessando a ferramenta de medição de
comprimentos 9. Fazendo medidas de comprimento em um clipe de
vídeo
Para fazer medidas de comprimento é preciso escolher um ponto
de referência no objeto cujo movimento você está a analisar. Em
seguida, selecione novamente a função "Inserir linha reta" (Straight
Line Selection) que já foi usada na seção 5 deste tutorial. Após ter
selecionado essa função, use a barra de rolagem horizontal para
avançar o vídeo quadro a quadro, desde o quadro que marca o
início do movimento, repetindo a operação até que você tenha
avançado o vídeo uma quantidade de quadros que corresponde ao
agrupamento de quadros que foi definido na seção 7 deste tutorial.
Figura 11- Janela de configuração da
ferramenta de medidas sem nenhuma
das opções selecionada Com o último quadro desse agrupamento
exibido na janela de imagem, clique e arraste o
mouse para traçar uma linha horizontal
amarela que vai desde a posição do ponto de
referência exibida no último quadro até a
posição na qual você imagina que o mesmo
ponto de referência estivesse no início do
movimento.
Figura 12- Seqüência de ações que dá acesso à função
Medir (Measure).
Depois da linha ter sido traçada, basta voltar o vídeo até o quadro em que o movimento efetivamente tem
seu início, colocar o cursor do mouse sobre a extremidade da linha amarela e arrastar essa extremidade até
que ela coincida com a posição do ponto de referência no início do movimento. Se for necessário, você
pode alternar entre as funções "Inserir linha reta" e "Ampliar a imagem" para obter um melhor ajuste.
6 Ao traçar a primeira linha amarela para identificar o deslocamento do objeto no primeiro agrupamento de
quadros (definido no item 7), nós podemos obter o comprimento dessa linha e, portanto, a distância
percorrida pelo objeto ao longo desse agrupamento de quadros. Para obter essa distância, basta acionar a
tecla de atalho Ctrl M, que corresponde a seleção do comando Analyze (Analisar) seguida da seleção do
sub-comando Measure (Medir), como segue ilustrado na figura 12.
Acionar a função "Medir" faz surgir uma nova janela de trabalho denominada Results (Resultados, em
inglês). Essa nova janela (ver figura 13) permanecerá aberta enquanto você repete as operações anteriores
para gerar mais medidas com as seguintes ações:
(i) avançar o número de quadros definido no item 7 deste tutorial; (ii) esticar a extremidade da linha amarela
até ela coincidir com a posição do ponto de referência no último quadro exibido; (iii) acionar a tecla de atalho
Ctrl M para gerar uma nova medida na janela de resultados.
Figura 13- Janela de resultados aberta com 7 resultados apresentados. Se você achar necessário excluir algum dado da
tabela, selecione-o, clique com o botão direito do mouse e escolha Clear (Limpar, em inglês).
A análise da figura 13 mostra que a janela de Resultados exibe apenas 3 colunas. Isso se deve à
configuração que fizemos no item 8 deste tutorial. A coluna File da tabela de resultados apresenta o número
da medida na ordem em que ela foi feita. Assim, a tabela da figura 13 apresenta 7 medidas. A coluna Angle
(Ângulo, em inglês) da tabela de resultados mostra o ângulo da linha amarela usada na medida de
comprimentos, em relação à direção horizontal. Para realizar boas medidas, é importante que o valor do
ângulo mostrado na segunda coluna seja pequeno ou, de preferência, igual a zero. Isso indica que a linha
amarela foi posicionada exatamente sobre a direção horizontal. Por fim, a coluna Length (Comprimento, em
inglês), que aparece na tabela de resultados, apresenta os valores da distância percorrida pelo objeto.
Esses valores são dados em centímetros como decorrência da configuração que fizemos no item 5 deste
tutorial.
10. Transferindo as medidas para uma planilha
Arrastando o mouse no interior da janela que contém os resultados gerados pelo uso do Software ImageJ é
possível marcar e, posteriormente, copiar (usando a tecla de atalho Crtl C) esse conjunto de dados. Com os
dados na memória do computador, basta abrir uma planilha nos softwares Calc do OpenOffice ou Excel da
Microsoft para transferir esses dados. Com qualquer um desses dois softwares de tratamento de dados
torna-se possível produzir gráficos dos tipos posição versus tempo, velocidade média versus tempo e
velocidade instantânea versus tempo. Os gráficos, então, podem ser usados posteriormente para que se
possa promover descrições quantitativas dos movimentos.