2016年2月29日

ImageJ工作坊課程資料



時間拉到約莫兩週前,張文華老師的助理來信問是否可以到師大辦ImageJ工作坊,我沒想多久就答應了,一方面是最近正好狂玩imagej,講這個主題就不用太多心態調適。(如果今天要我講一個好幾年前的東西,那我就會很頭痛,因為我對那暫時沒有愛啊,沒有愛的課程是很難準備的)

因為有這個工作坊,我也一鼓作氣整理了我的imagej的教材,而且還看了很多資料。像是去amazon買《Image Processing with ImageJ - Second Edition 》,淘寶買《 ImageJ圖像處理與實踐》(不過這本買得晚,直到現在還沒看到),當然還有imagej官方網站的說明文件,

好幾天幾乎都是有空就去看一下,藉著這樣的整理機會,自己也學會了更多新東西了。

工作坊裡用的imagej是加強版的imagej,名喚Fiji。Fiji是什麼?它官方網站就告訴你,
Fiji is Just ImageJ

Fiji就是Imagej,差別是Fiji已經裝了很多外掛,也因為用的是imagej2的核心,支援的檔案類型又更多了,所以我推薦大家使用。不過如果你只是要用基本的功能,其實Imagej也就夠用了。

對於ImageJ的使用者來說,大致上分兩大類,一種是學習的時候,是抱著問題來找解決方案的,那麼大概可以看一下我Blog之前的文章。

但是這樣的學習者,常常會在下次遇到其他問題時,還是不知道怎麼解決。因為他不知道影像的基本原理,還有ImageJ的其他功能。所以我希望學習者從最入門的開始學起,然後逐漸精通。

以下是我花了大約三天的時間錄製的影片,影片長度目前合計約三小時,以後想到什麼可以補充的會陸續加進去。

你可以從Youtube的播放清單進去觀賞,或是從Google試算表的影片庫進去看

用imagej作分光光度計與光譜儀的量測分析

幾個月前,江老師在科學maker社團裡,說他設計了光譜儀,能搭配手機顯微鏡使用,還能有分光光度計的功能,這麼好用的東西,趕緊贊助取得一組。

模組分兩個,一個是光譜儀,另一個是可以放比色管的分光光度計模組,另外還有反光鏡。

光譜儀00


為了減少外界光源的影響,我剪了一塊黑布蓋住手機和光譜儀。
光譜儀02


如果是要測量溶液的吸收光譜,那麼要使用連續光譜的光源,像是白熾燈泡(鎢絲燈)
光譜儀03


因為光譜儀和手機可以很穩固的擺放,所以很輕易就能拍出光譜
省電燈泡與白熾燈泡



CFL_SPECTRUM_Composite
Lamp_Comp


我也用手捏爆橘子,弄了不同濃度的橘子汁來拍攝光譜,再利用imagej量測計算吸光值和穿透率。(最左邊的才是比色管,右邊五個都只是裝橘子汁的小容器)
IMAG0979

由上至下,分別是0%、20%、40%、60%、80%與100%的橘子汁光譜
橘子汁各濃度光譜

用imagej計算數值之後,再用試算表呈現圖表
橘子汁透光率


也利用A=-logT的公式計算吸光值(absorbance)
橘子汁吸光值absorbance


至於怎麼利用imagej來分析這些光譜,以下影片前四部說明的就是用imagej校正光源、獲取數據的方式,至於最後一個那個名字比較長的那個,就是說明吸光值和透光率的計算。

用imagej進行光譜校正01-curve fitter https://youtu.be/OrsxpVGoNTs
用imagej進行光譜校正02-利用試算表繪製圖形(更改座標) https://youtu.be/ACrOm8T4MYc
用imagej進行光譜校正03 存檔 https://youtu.be/Nsb6CLIkWnY
用imagej進行光譜校正04 組圖 https://youtu.be/KFew1n1T_lQ
用光譜儀+分光光度計+imagej測量橘子汁的吸光值與透光率 https://youtu.be/AI8PKEuTv8w

吸光值和透光率的計算說明如下
========================
拍攝不同濃度溶液的光譜、校正用光譜

將image做成stack
框選範圍,複製另一個stack
利用省電燈泡的光譜來校正影像的X座標
用Analyze/Tool/Curve fitting計算出x座標的校正公式

以20%為例,計算T=透射光強度/入射光強度
Process/Image calcuator...
濃度20%  divide  濃度00(空白)
32-bit float

計算A=-logT
Process/Math/log
Process/Math/multiply -1
或是用
Process/Math/Macro
v=-log(v)

Analyze/Plot Profile取得數值,複製到試算表去處理

2016年2月21日

熱像儀初體驗

seek thermal 是一家出產熱像儀的公司,之前引人注目的產品是搭配手機使用的熱像鏡頭,只要插入手機的micro usb插孔,再開啟對應的app就可以將手機變成熱像儀了。不過我手邊這個產品倒不是搭配手機使用的,而是自身就有螢幕可以顯示了。

IMAG0941


有新玩具就會試著東照西照,可以看到鼻子的溫度真的很低啊
face


剛洗完澡的手,看到靜脈的溫度是比較低的,而拇指指尖的末梢溫度比較高
hand


煮水餃的時候來照照鍋子,鍋子本身很熱,但是鍋蓋還沒熱到
鍋子

看內部的溫度變化,明顯看到熱源的分佈

  鍋子加熱

拿來看水餃有沒有夠熱,這熱像儀也是相當實用啊
餃子2


ozobot尋跡機器人

這個玩具是在紐約的MOMA SHOP看到的,小小一個,寬度約3公分


然後可以幫它加一些不同的外套,像是這樣


名字叫做ozobot,是個機器人,第一次看到的時候只覺得不就是尋跡機器人嗎?就是畫個黑線,然後它會沿著線走那樣吧?回去旅社之後,查了一下它的資料,發現它居然還不是普通的尋跡機器人哪,於是我跑了幾個地方去買下新版本的它,最後在一家連鎖書局barn & noble買到,還順便買了一些科學玩具哩。

機器人底部有顏色感測器,還有兩個小輪子



除了基本上的走黑線外,它走在不同顏色的線上,頭頂還可以發出不同的光。而且它還能讀色碼!色碼在此,畫個「藍黑藍」的色碼讓它走過去,它就會讀出Fast,然後就會飛快的衝過去,當然還有像是色碼命令遇叉路左轉右轉,此外還有U turn啦、倒轉啦、像龍捲風一樣大旋轉之類的。


色碼的繪製很簡單,也不用特殊筆,只要粗的麥克筆就可以。因為有這些色碼,就可以設計一些關卡,讓這個小機器人從A點走到B點。

本來我以為這個機器人能作的就這樣,結果發現玩家還可以寫程式進去,用的就像是scratch的拖拉積木式的程式語言,它叫做OzoBlockly,可以設定它幾秒鐘就左轉、走多遠、轉幾度,讀到什麼顏色就做什麼事情,也有迴圈、函數和變數、數學運算等功能,具有非常完整的程式。



寫了程式要怎麼上傳到ozobot機器人呢?一般不都是用usb線上傳,喔,它不是耶。居然直接拿ozobot貼在螢幕上就可以了!?


原來它用底部的色彩感測器讀取螢幕上的資訊,就可以把程式寫入了。那麼螢幕給什麼資訊呢?這也很酷,其實就是一連串閃爍的色彩。OzoBlockly會把把你設計的程式轉換成光線,然後ozobot再讀取那些光線,轉換成內部的執行程式。看看這段影片


既然可以用光線寫入程式,那麼當然就能用手機或平板直接寫入程式囉,它們有一個ozogoove的app,你可以在上頭針對舞曲,編輯不同的舞步,然後寫入ozobot,讓ozobot在平板上跳舞,而且還能數個機器人同步跳舞。看看這段影片


它們家的youtube頻道裡有不少操作的影片,有興趣可以看一下。雖然我的玩具是在美國買到的,不過在中國那個最大的購物網站裡,也可以找到代理商有賣,我建議是買2.0版本的,這樣才能使用OzoBlockly寫程式進去。而我自己其實是買starter kit的版本(介於1.0和2.0之間),然後再花10 USD註冊獲得程式功能,如果是1.0版本,硬體則是無法支援寫程式進去的功能。

其實我希望它可以直接把OzoBlockly的功能做成app,這樣就可以在無網路下的環境寫程式和上傳程式了。

arduino數位量測課程

有鑑於之前帶學生作專題的時候,常常需要一些數位量測的東西,因此我在今年的專題課程當中設計了一些數位量測的課程,像是利用音效卡的量測課程,另外還有這就是這篇的利用Arduino的數位量測課程,花了三週到四週的時間呢。

Arduino是用過去一些經費慢慢添購的
IMAG0636


課程最後的作品就是做出一個數位光度計,而光度的數值是透過Arduino連接LCD呈現的,而這些數值必須經過雜訊處理,減少數值跳動改變。
IMAG0728

這種課程如果要我一個人教,恐怕是很沒效果的,所以老樣子,我又錄成影片,讓大家個別化學習了。
IMAG0691

IMAG0640



基本上前段的課程都是按圖製作就行,不過會額外增加一些任務挑戰學生,比方說製作跑馬燈

VIDEO0032


課程的影片有21段,就用播放清單給學生看囉
播放清單影片連結
https://www.youtube.com/playlist?list=PLm6x13NbsKl6If2UuzWJHu6mMw_u00iyt

學生成果錄影
https://drive.google.com/folderview?id=0BwONhcAAYyIWX0lqbW1DT2hTaE0&usp=sharing
每次做完作品之後,我會讓學生自己錄製一段對作品的說明

實驗圖繪製利器-Inkscape教學影片

三年前寫過一篇《用Libreoffice Draw畫科學儀器》,不過現在我移情別戀了,覺得還是Inkscape比較好用。

Inkscape優於libreoffice Draw的部份我認為有三
一是輸出圖檔的解析度,在Inkscape可以任意調整
二是物件的布林運算功能比較多
三是路徑編輯的功能也比較優

不過目前的Inkscape 的0.91版本,正體中文語系檔有些問題。只要多物件圈選就會閃退

新版的inkscape只要多重選取就會當機
解決方法有三

一是降級,使用舊的0.48版
二是使用別種語系,例如簡體中文或是英文
三是用修改過的語系mo檔替換掉有問題的


這邊這邊看到修改方式

Inkscape 0.91 在中文介面下,多選時會有當掉的情形。修改過的 inkscape.zip 解開覆蓋掉
/usr/share/locale-langpack/zh_TW/LC_MESSAGES/inkscape.mo
/usr/share/locale/zh_TW/LC_MESSAGES/inkscape.mo
windows則是放到 C:\Program Files\Inkscape\locale\zh_TW\LC_MESSAGES


我會在專題研究課程中教導學生學習Inscape向量繪圖的方式,讓學生得以應用在書面報告、簡報與海報上,於是我就錄製了一系列的影片,下面這個是播放清單(一共有32部)

這個連結是播放清單的連結
https://www.youtube.com/playlist?list=PLm6x13NbsKl5rSPMKte7EWvQCrsSCw6iv



影片當中用到的檔案在此下載
https://drive.google.com/file/d/0Bzwhi7Oh9a5ZdnlUZXdxNEhGTGs/view?usp=sharing

  實驗器材


2016年2月13日

竹東看雪山二號圈谷

今天的天氣很好,天空幾乎沒有什麼雲。從快速道路芎林交流道往竹東方向望去,剛好可以看到正對面就是覆了白雪的雪山。
DSC05298


前幾天早上從芎林路上望去,更是有不同的景觀,白雪反射了太陽的光線,潑墨般的山頂映出了太陽的反光。照片拍不出什麼感覺,實際看到才是最特別的。
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我用手邊相機的望遠放大極限拍了幾張,原來從我家就可以看到雪山二號圈谷,最高的山就是北稜角。幾年前沒仔細放大來看,還真沒發現。
DSC05299


從Google地球上找了相近的角度的冬天衛星圖,用雪景來對照雪景,可以確認的是這個角度望去,最高的山頭是北稜角,雪山主峰則是剛好被北稜角擋住。
GE對照2

雪霸國家公園的資料裡可以看到
「雪山2號圈谷位於北稜角正北側,呈橢圓形狀,開口朝北,長約600公尺,寬約400公尺。圈谷最低處海拔高度約3,630公尺,是臺灣高度最高的高山圈谷。」

底下這個是peakfinder,只要輸入在地位置,就可以找出遠方山頭名稱。

山00

20160124新竹雪景紀錄

1/24的一週前,日本氣象局的氣象說了臺北市會下雪,許多人包括我都只是當預報錯誤看待,台灣非高山的地方怎麼可能會下雪呢?一定是錯了啦

沒想到1/24那天一早,家住竹東的我家,窗外望去的山上居然也是白蒼蒼一片,真的下雪了?
DSC04881


當天晚上的溫度的確讓台灣整個冷吱吱
taiwanTemp

看來是竹東、北埔交界的五指山上就可以看到雪景,本來只是沒想到要上山去看,只是想在山下靠近一點紀錄,不過車子越開越發現,好像可以再接近一些。


和一般人上五指山的路徑不同,我選擇走竹37從北埔冷泉那上山,果然避開人潮了,其實我還是第一次看到雪景呢,第一次看還真是蠻興奮的。
DSC04918

本著生物老師的職業病,忍不住拍了一些特別的景觀,像是樹蕨上積雪,我想這應該是很難得的現象吧。
DSC04922

旁邊棕櫚科的山棕吧,葉子上也是積雪了
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我是很好奇,這些植物一輩子難得遇到這低溫,對他們的生存是不是也會有影響呢?

招牌上有雪的痕跡
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蘚苔上也滿是雪
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回到家以後,看了一下Google地圖的各地路況,發現一些有趣的現象。平常一些難得看到路況的山區,居然都看到路況資料了,顯然是有人帶著手機上山去那了。再來是可以看到一些山區有壅塞的現象,看來那邊也都是能看到雪景的地方呢。我看了三峽、內湖幾個地方,也同樣都有這樣的現象。
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雖然標題說的是雪景,不過實際上在新竹的這片雪景,並不是「下雪」造成的,而是下霰(sleet)。不過對於從來沒看過下雪的我來說,其實也分不清楚兩個有什麼差別,頂多只是看書面資料知道(例如這張圖),知道霰比較像是高空雪融化水之後,又再凝結變成的。

不過賞完雪的隔兩天,我們去了紐約,到了那裡才真的搞懂什麼叫做飄雪。這是在下榻的旅館29樓拍攝的,那天一早下了兩三個小時的雪,原來雪真的是用飄的,還會往上飄走哩。

然後在那曼哈頓的高線公園(The High Line)雪有這麼厚啊
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