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(電子顕微鏡制御)
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2015年11月18日 (水) 14:45時点における版

目次

Eospediaにようこそ

2010年11月05日に、研究室内にEospediaクローズドβ版の運営を開始しました。
2012年8月に、こちらが電子顕微鏡画像処理システムEosのホームページの本家となるように、オープンにしました。

Eosのコマンド説明やその中のアルゴリズムについてなど、幅広い知識を集約できればと思います。また、2012年より開発を開始したPIONE、2013年度より開発を開始したVEM/WITsについても同様にこちらでまとめていきます。
それに加えて、電子顕微鏡画像処理を含む、各種画像処理の基本を学ぶことができるサイトとして運営したいと考えています。

Eosは、Eos@sourceforge上で、PIONEは、PIONE@githubで開発を進めています。それらをまとめた情報はこちらで展開したいと思います。将来は、大学から離れた方が良いかと考えています。それぞれ開発や利用に興味があるかたはそれぞれのサイトも覗いてみて下さい。

wikiは「間違いをいかに防ぐか」ではなく、「いかに修正するか」が哲学ですので、 間違いを恐れず(もちろんデタラメは論外)皆さんの知識とノウハウを自由に書いて頂ければ幸いです。

只今ホームページに公開していたEosマニュアル(日本語版も含む)の転載作業を進めています。

ちなみに、英語版もあります。現在は、日本語版のほうが充実しています。

また、Eosに関しては、メーリングリスト及びフォーラムがあります。
Eosの使い方を知りたい方は:eos-users@
Eosでの開発にご興味のある方は:eos-developers@
Eosのドキュメント作成のお手伝いを頂ける方は:eos-document@
にて、是非ともご協力下さい。

また、facebook上で、Eos User Group[1]を開設しました。こちらからも発信していくことにします。

詳細は,安永[2]までご連絡下さい。

Eosビギナーズガイド

Eosとは?

 Eosとはなにかについて述べます。

Eosのコマンドとは?

 Eosにおけるコマンドについて述べます。

Eosはどうやって使うの?

 Eosにおけるmakeを用いたコマンドの統合方法について述べます。

Eosのコマンド一覧表

 Eosが提供するコマンドの一覧を示します。

Eosの機能別コマンド一覧表

 Eosが提供するコマンドの機能別一覧を示します。

Eos/PIONEのインストール方法

Eosの必要な環境

Eosのダウンロード(インストール方法)

 Eosのダウンロード方法について述べます。利用するだけであれば、ダウンロードだけで利用することができます。共同開発を進めたい方、機能の要望がある方は、現在、EosはOSDN(旧:SourceForge)にて開発を進めています。是非、ご一緒して下さい。

Eosのインストール方法(開発・再構築)

 Eosのインストール方法について述べます。ここでは、ダウンロードしたファイルから再構築する方法や自分自身が開発したソースコードを運用する方法を述べています。

PIONEのインストール方法

 makeに替わる分散プロセス処理プラットフォーム(PIONE)のインストール方法を示します。現在、PIONEはgithubにて開発を進めています。

Eosリファレンス

Eosの提供する統合コマンド

 Eosが提供する統合コマンドについて述べます。

統合コマンド:PIONE

 Eosが分散環境、クラウド環境に対応した統合環境として提供するPIONEについて述べます。インストールに関してはPIONEのインストールを、ブラウザ操作に関してはPIONEの起動方法PIONE Webclientチュートリアルを、PIONE定義書の作り方や実行方法についてはPIONEチュートリアルPIONEチュートリアル-PNMLを、ログの確認方法はPIONEチュートリアル-XESを、パッケージの作り方はPIONEチュートリアル-packageを、コマンドの一覧はPIONEコマンド一覧または機能別PIONEコマンド一覧を、メソッドの一覧などはPIONEの式を、その他TIPSなどはPIONEのTIPSをご覧下さい。

Eos チュートリアル 

環境の設定 

最初にEosのインストール方法を簡単に説明します。詳細は、Eosのインストール方法の詳細をご覧下さい。

Eosでのコマンドの取り扱い 

Eosのコマンドの簡単な使い方を説明します。詳細は、コマンドの詳細をご覧下さい。Eosでは、基本はCUIを使ったコマンドの実行により画像処理を進めます。その結果は、ファイルとして保存され、その内容を確認することが出来ます。

Eosでの画像の取り扱い 

Eosで取り扱うことのできる画像フォーマットと一般的な画像フォーマットからの変換方法を示します。

Eosを使った簡単な画像処理 

Eosを使った簡単な画像処理を実行してもらいます。

チュートリアル一覧

ここには、Small Toolsや様々な画像処理で使用するMakefilePIONEの一覧があります。

CTF画像補正 

電子顕微鏡画像では、その撮影方法に由来して、コントラストが大きく変調を受けています。ここでは、その画像のコントラストの変調を補正する方法を示します。

単粒子解析の基礎 

 ここでは、単粒子解析の基礎を行います。実際の単粒子解析は、粒子の形やその対称性などを使って探索方法や3次元再構成法を切り替えることができます。

単粒子解析の概要

 単粒子解析の概要を示します。

粒子の抽出

 まず、単粒子を抽出します。ここでは、手動で切り出す方法を示します。自動で切り出す方法も各種提案されています。

2次元画像の分類

 2次元画像を分類して、SN比を上げます。

参照像があるときの投影角の決定方法

 参照像があるときの投影角の決定方法を説明します。参照像としては、単なる球や楕円体などとすることもあり得ます。参照像がない場合の構造解析法も別途存在しています。

参照像がないときの投影角の決定方法

 参照画像がないときの投影角の決定方法を示しています。コモンラインをもちいたコモンライン探索という方法が一般的です。ただノイズに弱く問題が生じる場合があります。

3次元再構成・逆投影法

 3次元再構成自身を解説します。

可視化ツール

 できあがった三次元像を可視化するためのツールを紹介します。


備考

 上記のチュートリアル・ページは、2012/09/10-11 単粒子解析Workshopでの資料を元に作成したものです。 今後もこのサイトを充実させ、ワークショップ等で利用していきたいと考えています。

RELION

 単粒子解析法のデファクトスタンダードになりつつあるRELIONについて、解説を準備することにしました。 少しずつ整理していきます。

電子線トモグラフィー

 電子線トモグラフィーとは、同一視野の連続傾斜像から、その視野の3次元画像を再構成する方法です。細胞内の構造や構造多型性をもつタンパク質の構造解析に有効な方法です。

電子線トモグラフィーの概要

 電子線トモグラフィー法は、同一視野の傾斜シリーズ画像のセットから3次元像を再構成する方法です。ここではその概要を述べます。

画像の補正

 傾斜画像では、視野全体がアンダーフォーカスとなるように、通常の電子顕微鏡撮影よりも大きなデフォカース値をとる場合が多いです。その場合、LaB6などの電子銃では第一トーンリングより外側の情報がほとんど無いために、CTF補正等は必要ありませんが、電界放出銃を利用した場合には、場合によっては間違った情報を与える場合があるので注意が必要です。

ラフ・アラインメント

 傾斜画像の中心付近の画像の相関から、それぞれの傾斜画像の大まかな位置を合わせます。

ファイン・アラインメント

 傾斜画像の軸の位置、角度を出来る限り一致させます。

3次元再構成

 2次元画像のセットから3次元画像を再構成します。

電子線トモグラフィー画像のもつ問題点

 全方位からの投影像を得られないために、ミッシングエリアとよばれる情報がない領域があります。そのため、方向依存でのボケを生じます。

トモグラム画像の解釈

 多様な構造を含むため、3次元画像から興味あるセグメントを切り出すなどの作業が必要です。そのための支援ソフトウェアが必要です。

サブトモグラム画像の平均化

 クライオ電子顕微鏡画像からトモグラム画像はノイズが多いため、同等の構造をしたものを平均化する必要があります。


連続2次元画像からの3次元再構成

 連続切片(Serial Section)や、連続ブロック表面(Serial Block Face)からの3次元再構成のための手順を示したものです。

SBF-SEMからの3次元再構成

Eosにおける開発(開発者向け)

 Eosのもうひとつのウリは迅速なプログラムの開発です。その手法について下記に述べます。

Eosの構造

 Eosの構造(Architecture)について述べます。

Eosの開発

 SourceForgeからクローンを作成し、localで新規ツールなどを開発した後、SourceForgeに登録するまでの流れを示します。

ツールの開発

ツールの作り方

 Eosの上でのSmall Tools(コマンド群)の作り方について述べます。

簡単なプログラム例

 Eosの上でのSmall Tools(コマンド群)の簡単なプログラム例について述べます。

ライブラリ(API)の作り方

 Eosの上でのオブジェクト指向型ライブラリAPI)の作り方について述べます。

ライブラリ(API)一覧

 Eosの上でのオブジェクト指向型ライブラリAPI)の一覧です。

機能別ライブラリ(API)一覧

 Eosの上での機能別に分類されたオブジェクト指向型ライブラリAPI)の一覧です。

並列処理のためのライブラリ

  • eosCuda: CUDA を使うためのライブラリ
  • eosPThread: pthread を使うためのライブラリ

統合コマンドの作り方

 統合コマンドの作り方を示します。

Makefileによる統合

 Makefileを用いた統合方法について示します。Visualmakeは自動的に簡易型のGUIを提供します。

PIONEによる統合

 分散環境(クラウド環境)に対応したプロセス定義書PIONEを用いた統合方法について示します。

PIONEチュートリアル

 PIONEの使い方を示したチュートリアルです。

PIONEチュートリアル-PNML

 PNMLを用いたPIONE定義書の設計方法を示しています.

PIONEチュートリアル-XES

 ログファイルをXES形式に変換し、ProMを利用して処理結果を確認する方法を示しています。

PIONEチュートリアル-package

 PIONE定義書などをひとつにまとめたパッケージを作成する方法を示しています。

bashによる統合

 bashなどのスクリプト言語による統合方法について示します。

統合コマンドによる統合

 Display2, smolet, EosなどのTcl/Tk型の統合コマンドによる統合, ctfDisplay等のRuby型の統合コマンドによる統合,molvieなどのC言語型の統合コマンドによる統合、などの各種方法について示します。

並列処理による高速化

 Eosでは、makeを使った単一ホストでのプロセスレベルでの並列処理、PIONEを使った分散環境におけるプロセスレベルの並列処理に加えて、pthread/GPGPUを用いたthreadレベルでの高速化も試行しています。すべてのコードが対応している訳ではありませんが、随時、対応を進めています。

eosPThread
eosCuda

よく使うシェルコマンド

 ここではコマンドMakefilePIONEなどの作成や実行においてよく使うシェルコマンドを簡易的にリストアップしています。

画像処理

画像処理一般

 ここでは画像処理一般に関する話をまとめています。

簡単な画像処理

 Eosを使った簡単な画像処理に関するチュートリアルが掲載されています。

画像の入力レンズ

 コンピュータを使って画像処理を行う前に、画像がデジタル化される入力装置のことを気にしておく必要があります。

CTF,PSFMTF

 真に得たい画像をf(x,y)で表現した場合に、画像の入力方法やレンズの性能などによりどうしても画像が劣化します。

標本化

 アナログ画像をデジタル画像にするためには、空間を刻み、離散化することが重要です。このステップを標本化といいます。

量子化

 デジタル画像処理では、アナログである濃度値(光学密度)をあるビット数内で表現する量子化(AD変換)という操作が最初に必要です。

ノイズ除去

 ノイズが非常に多い画像を取り扱うためには、ノイズの性質をよく知ることが重要です。

平滑化

 画像のもつノイズを取り除くことを主たる目的として実施する画像処理方法です。ノイズの性質をよく理解することで、適切なノイズ除去が可能になります。

エッジ検出

 対象物の形を理解するために重要なステップですが、とても難しいステップでもあります。

2値画像処理

 シグナルと背景の切り分けや、代表点や骨格の抽出など、画像処理や解析のスタートとなる処理方法です。

フーリエ空間を利用した画像処理

実空間のカーネルを用いた画像処理

マスマティカル・モルフォロジーを使った画像処理

電子顕微鏡画像処理

 電子顕微鏡画像処理に関する話をまとめています。

モンタージュパノラマ画像

 異なる領域を撮影した複数の画像(ただし、その一部は重なっている画像のセット)を組み合わせて、広領域の画像をつくる方法です。

CTF補正

 電子顕微鏡の画像は、原理的に、画像変調を受けています。その画像変調を補正する為の画像処理です。

3次元画像の位置合わせ

 3次元画像同士を平均し、雑音をとるための手法です。

シリアル画像の位置合わせ

 連続切片の画像同士の位置を合わせることで、三次元像を再構成する手法です。

3次元再構成法

 3次元再構成法とは、2次元の画像から3次元の画像を再構成する技術です

中央断面定理

 投影像からなぜ、内部の構造がわかるのか、それを支えているのがこの中央断面定理です.

フーリエ法

逆投影法

SIRT

電子顕微鏡制御

 電子顕微鏡制御のためのソフトウェアを開発しています。VEMは、仮想電子顕微鏡として各種の電子顕微鏡のコマンドを統一するためのシステムです。WITsは、VEMを通して電子顕微鏡を操作するためのUI(User Interface)です。


FEIの制御

電子顕微鏡

 ここでは電子顕微鏡に関する基礎、FAQ、TIPSをまとめておきます。

電子銃

 電子顕微鏡の電子線源である電子銃についての解説です。

電子レンズ

 透過電子顕微鏡の光学系、及び、レンズの仕組みに関する解説です。

透過型電子顕微鏡のコントラスト

 透過型電子顕微鏡(TEM)がつくるコントラストに関する解説です。

走査型透過電子顕微鏡のコントラスト

 走査型透過電子顕微鏡(STEM)がつくるコントラストに関する解説です。

走査型電子顕微鏡のコントラスト

 走査型電子顕微鏡(SEM)がつくるコントラストに関する解説です。

クライオ電子顕微鏡法

 クライオ電子顕微鏡法に関する解説です。

電子顕微鏡のFAQ

 電子顕微鏡に関するよくある質問に対する回答です。

電子顕微鏡のTIPS

 電子顕微鏡を利用する際などのTIPSをまとめることにしました。

Eosの今後の発展(ロードマップ)について

 Eosの今後の開発方針(ロードマップ)について述べます。

FAQ and TIPS

FAQ

 よくある質問をまとめました。まだまだ不十分ですが、少しずつ増やしていきたいと思います。

EosのTIPS

 よくある画像処理法をまとめてました。まだまだ不十分ですが、少しずつ増やしていきたいと思います。

Eos関連ソフトウェアのTIPS

 Eosに関連するソフトウェアの使い方をまとめています。

LINUXに関連したソフトウェアのTIPS

開発にかける思い

 開発当時と比べても非常に多くのソフトウェアが開発され、利用されている。その中で、継続的に開発していく意味はどこにあるのだろうか。開発にかける思いByYasunagaを少しずつ書き綴っていこう。

Eos User Group

 Eosを利用する上での情報共有の場を、仮にFacebookの上に作りました。参加されたい方は、facebook上で登録をお願いします。

イメージイラストについて

現在、Eospediaのイメージイラストを募集中です。 我こそはという方はEospedia管理者まで御連絡下さい。


Eospedia(WIKI)の使い方・設定に関しては、ユーザーズガイドを参照して下さい。

Eos関連ツール及びサイト

開発言語

ワークフロー関係(PIONE)

ペトリネット

アクション記述

ログファイル

  • XES:ログファイル形式
  • ProM:可視化のためのツール

ドキュメント作成ツール

外部リンク

Eos関連サイト

電子顕微鏡画像処理関連サイト

所属関連サイト

メディアウィキの始め方