阿簡生物筆記

2020年1月12日，位於菲律賓首都馬尼拉南方65公里的塔爾火山（Taal）噴發，這場噴發在衛星雲圖上也看得到。

晚上看到這消息，我立刻用python寫了script抓了氣象局的衛星雲圖來處理，除了可見光圖層沒放進來，其他都放了。(因為可見光圖層在下午四點多就變黑了)。

圖片從下午兩點開始，每個frame間隔10分鐘。
程式碼和圖片都在GitHub
https://github.com/ChihHsiangChien/volcano/

因為有朋友的研究需進行物體的曲率測量，因此周末研究了一下到底怎麼做。
(急著想知道怎麼做的，直接到頁面最底下看。前面一大段都是原理和原理實作)

要描述一個曲線有多彎，會用到一個密切圓的概念，曲線上取三個點，三點可成一個圓(三點都在圓弧上)。三點非常靠近時形成的圓，就是曲線上該點的密切圓。

當曲線越「彎」，密切圓就越小，而曲線越「直」，密切圓就越大。一個超大的圓，大到極大，圓弧看起來就變成直線。就像地球超大，你看海面就是幾乎是水平的。


以下兩張圖，分別可以看出在這個函數的曲線上，不同點的密切圓大小不同。







那麼曲率要怎麼描述呢？可以用1/r來表示，r是密切圓的半徑。下圖的黑線處就是這個sin函數在各點的曲率變化。



上述的過程，可以看這部影片的演示




其實要分析物體的曲率變化，其實就是要用函數圖形去貼合要測量的部分，然後去分析函數的曲率變化。接下來就是函數怎麼找出來。

方法是弄出一些控制點，用這些控制點擬合出一個多項式函數。下面的影片演示的是用ggb的FitPloy來擬合數個點來產生函數，然後再對函數求出一階微分和二階微分，再用那些微分方程式算出曲率。看起來好難，但其實意外的簡單。

這個連結裡有求曲率的公式，也詳細說明了公式怎麼出來的。
如何通俗地理解曲率？


我也繼續以ggb為工具，實際計算出雞蛋的表面曲率



用數個點去找出曲線，不只一種方法。可以用貝茲曲線或是B-spine(B樣條曲線)來做。
貝茲曲線在向量繪圖軟體，如inkscape會用到。我自己以前只是會用，但是實際原理不甚清楚，這次趁著機會也下手實作了解一下。

以下影片是用ggb來實作貝茲曲線


本來也想實作B-spine(B樣條曲線)，但是發現有一點複雜，可能以後用python來實作看看吧。樣條曲線的原理說明，這篇應該是最清楚的
簡單粗暴 B樣條曲線入門


寫了一大堆之後，終於要進入用imagej測量曲率的部分了。
這裡需要使用的plugin叫做Kappa，已經有人寫得非常清楚了
ImageJ实用技巧——曲率计算与拟合(插件篇)
kappa 的github https://github.com/brouhardlab/Kappa/tree/master/docs
這裡就放一段實作的教學影片吧

直接先來看結果吧！
以下這兩張圖，一個是手機相機拍攝的影像，另一張是熱像儀(Seek thermal)拍攝的影像。兩張影像來自不同相機、不同角度、不同焦距。影像大小也不一樣。



熱像影像有物體的溫度分佈，而相機影像有物體的紋理和邊緣，如果想要同時擁有兩者的優點，就像下圖的影像，該怎麼做呢？




我們使用imagej就可以做到了。
以下是影片教學。我也同時以文字紀錄在下


首先將兩張待處理的影像用imagej開啟，在imagej上用multi-point tool在定位點上做標記。我是在拍攝前就先以錢幣定位，分析時就是用錢幣位置來定位。做影像定位的時候，要注意每個點的順序是有意義的，兩張圖的定位點要能互相對應。

定位好了，就選擇Plugin/Transform/Landmark Correspondences，注意Transformation class要選擇affine。

如此就可以將圖片變形一致了，如下圖


下一步，由於希望將兩圖合成時，由手機影像提供物體的邊緣和紋理，所以選擇手機影像檢測邊緣。方法是Process/Find edge
圖片就會成為這樣



接下來關閉其他圖片，只留下變形後的熱像影像和邊緣化的手機影像，然後將兩張圖片疊成一張stack。
方法  Image/stack/Images to stack
選項就用預設值就好

接著就可以做疊合
方法是選擇這個stack之後，選擇Image/stack/Z project
Projection type選擇 Sum slices
這樣就可以做出精確疊合的影像了

前一篇【python製作的負片後像GIF】，我留下了一個問題：理論上紅色的補色是青色，但是在實際觀察上，看到的卻是淡淡的青色？

為什麼是這樣？我的答案是：背景顏色影響了你！

為了想讓這樣的疑惑成為一個能被探究的問題，我需要把這個負片後像中的許多變因，改變成可以調整的操縱變因，又為了考量到跨平台操作的簡便性，於是我使用HTML5的技術製作了這個程式，電腦或平板電腦上應該都能操作。

https://chihhsiangchien.github.io/afterimage/afterimage.html
你可以線上操作，或是右鍵下載回去，可以離線操作。它就一個檔案而已，沒有其他參照的檔案。其實它也在前一篇的同一個GitHub Repository裡
https://github.com/ChihHsiangChien/afterimage

你可以任意調整背景顏色，或是球的RGB顏色。執行速度也可以調整，不過目前有bug，速度調整後，會有一些球消失。
(以下只是程式截圖，不會真的動)




這個程式可以幫助你探究什麼事呢？
從最簡單的觀察開始，任意一種顏色產生的負片後像顏色，和原有顏色有什麼關係？使用紅色的球，在什麼參數之下可以觀察到與理論相符的青色呢？固定球的顏色之後，改變背景顏色，負片後像會發生什麼變化？你觀察到的變化效果是「線性」的嗎？背景越淺效果就越好，或是其實有一個最佳背景值？不同顏色的球，產生的負片後像顏色所需要的最佳背景值都相同嗎？執行速度會影響觀察的效果嗎？速度和效果的關係是線性的嗎？

「負片後像」這個觀察，在實驗記錄本上通常都是紅花綠葉啦、或是藍色黃色的色塊等，讓學生盯著看之後，再說出看到了什麼顏色。但其實並不是每個學生都能看到所有顏色。

後來我用了這篇【負片後像新玩法】。用那隻會變色的龍貓，效果是好多了，大概能有七成到八成的學生說看得到負片後像。

但真的想回答到底看到了什麼顏色，其實還是有困難。像實驗記錄本那種圖案，就是有學生會說看不到啊。怎麼辦呢？後來看到有一個GIF檔的效果很好，就是很多顆洋紅色的球再那轉啊轉的，幾乎學生們都看得到那樣的顏色。

這給了我一個想法，不如就來做各種顏色的轉轉轉的GIF圖吧。用上了python 的 matplotlib 的animation，就可以做出各種顏色的圖了。

程式碼和圖片都在GitHub Repository上
https://github.com/ChihHsiangChien/afterimage

用了這些圖之後的學生達成率就變成百分百了，每個學生都能夠看到。我後來上課就把這些圖放到學生的自學網站上，就直接用這來進行實驗寫觀察記錄了。


這也稍微解決了一個錯誤「標準答案」的問題。我很討厭看到測驗題目問「盯著紅花綠葉看一陣子，產生的負片後像會變成什麼顏色」，討厭的原因是那個答案根本就不是正確答案！通常給的答案是什麼？看紅花綠葉的負片後像會變成綠花紅葉。但是啊，沒有人會真的看成綠花紅葉啊，因為這根本就是錯誤答案啊。

理論上的答案應該是紅色變成青色(cyan)、綠色變成洋紅(magenta)。但是實際上看了以下的GIF之後，你就會發現其實是淡淡的青色和淡淡的洋紅(或是說是淡粉紅)。

為什麼實際觀察經驗會跟理論有差距呢？這讓我忍不住繼續動手，不如就來做一個可以客製化調整參數的程式吧。

下篇【用客製化調整的負片後像程式進行探究】

有鑑於每年冬天都會被傳染流感，整個人病懨懨快死掉的，今年我總算在11月去打了自費流感疫苗。
打完之後，跟診所要了藥盒和仿單來看看，做個紀錄。








這次打的疫苗名稱叫做伏適流FLUARIX TETRA，是四價的流感疫苗，成份是「去活化裂解病毒粒子」。每劑0.5毫升的疫苗含有四種流感病毒株的血凝素hemagglutinin抗原各15微克。
這裡修正一下，之前以為仿單上的字寫錯了。不過後來有讀者好心來信，其實只是美式英語和英式英語的差異。

單張上寫的haemagglutinin和hemagglutinin只是英式英語和美式英語在併寫上的分別，美式英語中haem-這個prefix會寫成hem

一微克是百萬分之一克，原來只有少少的15微克血凝素，就可以讓身體產生免疫反應，身體實在太精巧了。

血凝素的中文全名叫做血球凝集素，常聽到的H1N1的那個H就是指血凝素。病毒要附著在細胞上，就要靠這種醣蛋白，這也是人體產生中和及保護性抗體反應的關鍵。

在這篇文章《流感病毒的感染以及疫苗設計的關鍵，都在於『醣』的多寡！》提到了一項研究。研究人員把禽流感病毒表面的血球凝集素(HA)醣蛋白上多醣分子修飾成單醣分子後，用來開發出來的疫苗，可以誘發高度的免疫效力。


要挑哪些病毒株來製備疫苗呢？這是由世界衛生組織(WHO)來發布建議的。在這個公告裡頭，就說了2019-2020北半球季節流感病毒株有哪些 https://www.who.int/influenza/vaccines/virus/recommendations/2019_20_north/en/
an A/Brisbane/02/2018 (H1N1)pdm09-like virus;an A/Kansas/14/2017 (H3N2)-like virus; *a B/Colorado/06/2017-like virus (B/Victoria/2/87 lineage); anda B/Phuket/3073/2013-like virus (B/Yamagata/16/88 lineage). It is recommended that the influenza B virus component of trivalent vaccines for use in the 2019-2020 northern hemisphere i…