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根系图像预处理器

浏览器版 RootQuantify：圈出根系区域，用形态学闭运算去除背景，按原始分辨率阈值分割，再手动修正。

  • 与 RootQuantify 一致
  • 原始分辨率
  • PNG 导出
打开工具

功能简介​

根系图像预处理器是 RootQuantify（RootImager.py）的浏览器版本，把根系扫描图处理成白底黑根的图像，供 WinRHIZO、RhizoVision Explorer 或 ImageJ 测量：

  1. 用多边形圈出根系区域。
  2. 工具按原始分辨率对该区域执行 RootQuantify 的背景扣除和阈值分割。
  3. 用画笔修正后导出。
验证

处理流程逐步复现 RootImager.py，以下各步都与之相同：

  • 灰度转换；
  • 50 × 50 px 形态学闭运算（背景估算）；
  • 相减、最小-最大归一化和阈值 30；
  • 多边形填充。

在 403 张测试扫描图（最大 6000 × 8000 px，共约 2 亿像素）上，结果的每个像素都与用 OpenCV 4.14 和 5.0 运行的 RootQuantify 一致。测试图涵盖粗细根、分枝、光照不均、阴影，以及凸、凹两类区域。在 Chrome 中从上传文件到处理画布的完整流程，对 PNG 和 JPEG 扫描图同样逐像素一致。

对比脚本和结果在网站代码库中（scripts/rootquantify/、scripts/benchmarks/rootquantify-2026-10-14.md），npm run test:science 会用保存的 OpenCV 参考结果重复这项检查。

本地处理

图像的解码、处理、编辑和导出都在当前浏览器标签页内完成，扫描图不会上传。

开始之前​

  • 使用根系比托盘或纸张更暗的 JPG 或 PNG 扫描图。PNG 在所有浏览器中结果都相同；Safari 用自带的解码器解码 JPEG，个别像素的灰度可能相差 1 级。
  • 扫描图按原始分辨率处理，每张最多 6000 万像素（相当于 800 dpi 的 A4 页面），最多同时打开 6 张。
  • 关闭或刷新标签页前请保存结果；图像和编辑记录只保存在内存中。

快速流程​

  1. 点击上传图像，选择一张或多张扫描图。
  2. 在批次中选择一张图像。
  3. 在多边形模式下，在右侧画布上沿根系区域点击，然后点击闭合多边形。这一步相当于 RootQuantify 中点选顶点后按 c。
  4. 可选：点击预览背景估算。
    • ROI 矩形内显示的灰色背景中应看不到根系。
    • 若最粗的根仍然可见，请增大背景核尺寸。
  5. 点击运行 ROI 处理。右侧画布显示处理后的 ROI 矩形，白底黑根。
  6. 在手动画笔中，选择绘制（黑）补回根系，或选择擦除（白）去除杂质，并调整画笔大小。这些对应 RootQuantify 的 d、e 和 +/- 键。
  7. 撤销上一笔可撤回最近的修改（对应 RootQuantify 的 u）。图像修好后点击下载处理后的 PNG。
  8. 继续处理其余图像，或点击清空批次，把所有图像从内存中移除。

控件与输出​

控件作用
上传图像按原始分辨率打开 JPG/PNG 扫描图，每张最多 6000 万像素，最多 6 张。
背景核尺寸估算背景的方形闭运算边长。RootQuantify 用 50 px，应大于最粗根的直径。
阈值与背景的归一化差值超过该值（满分 255）的像素判为根系。RootQuantify 用 30。
恢复 RootQuantify 默认值把核尺寸设为 50 px、阈值设为 30。
预览背景估算在 ROI 矩形内显示闭运算结果，处理前用来检查核尺寸。
闭合多边形 / 撤销上一个点 / 重置多边形完成、删减或清空多边形（3 至 60 个点）。
运行 ROI 处理生成 ROI 外接矩形图像：根系为黑色，其余部分（含多边形以外）为白色。
绘制（黑）/ 擦除（白）/ 画笔大小涂黑或涂白。笔画会被归为纯黑和纯白，图像始终保持二值。
撤销上一笔恢复最近 4 个状态之一。
下载处理后的 PNG保存为 processed-<文件名>.png，与 RootQuantify 的命名一致。参数记录中保存核尺寸、阈值、多边形和 ROI 矩形。

工作原理​

与 RootImager.py 一样，所有计算都在多边形的外接矩形上进行：

  1. 用 OpenCV 的权重（0.299 R + 0.587 G + 0.114 B，15 位定点）把矩形区域转为灰度。
  2. 用方形核做形态学闭运算（先膨胀后腐蚀）得到背景。根系细而暗，闭运算会用周围的亮度把它们填平。
  3. 用背景减去灰度图。差值在根系上大、其他地方接近零，从而消除光照不均和阴影。
  4. 把差值拉伸到 0–255（最小-最大归一化）后做阈值分割。超过阈值的像素成为黑色根系，其余像素及多边形以外的区域为白色。

输出的是这个矩形区域而不是整张扫描图，与 RootQuantify 保存的内容相同。

数据、隐私与外部服务​

  • 文件只留在当前浏览器标签页中，不会传输。
  • 不使用账号、云存储或自动保存。
  • 清空批次、刷新、跳转或关闭标签页都会丢弃图像和编辑记录。

与桌面版的区别​

  • 输出为 PNG，二值图像无损保存。RootQuantify 沿用原文件格式，JPEG 输入会得到带压缩伪影的 JPEG 输出。
  • 画笔笔画会被归为纯黑和纯白。RootQuantify 的抗锯齿画笔会留下灰色边缘像素。
  • 不会把原图移到 processed_original 文件夹，浏览器无法改动你的文件。
  • 多数浏览器不支持 TIFF；请先把 TIFF 扫描图转为 PNG，或使用 RootQuantify。

局限​

科研使用

处理后的图像是根系测量的输入，而不是测量结果。测量前请检查细根、交叉处和扫描伪影，与使用桌面版时相同。

  • 根系必须比背景暗；浅色根系放在深色托盘上的扫描图需要先反相。
  • 归一化以外接矩形内最暗的根为基准，所以结果与多边形的外接矩形有关。多边形圈得紧凑一些，不同扫描图的结果更可比。
  • 没有缩放工具；精细修正时请使用较大的窗口。

常见问题​

问题检查项
文件被拒绝使用小于 120 MB、不超过 6000 万像素的 JPG/PNG，且同时打开不超过 6 张。
运行 ROI 处理没有反应先选择图像，添加至少 3 个多边形点，再点击闭合多边形。
粗根处理后中间是空的核尺寸小于根的直径；增大背景核尺寸后重新处理。
模糊的细根丢失降低阈值，或用**绘制（黑）**补画。
斑点或阴影被识别为根提高阈值、把多边形圈紧，或用**擦除（白）**去掉。
无法编辑多边形点击重置处理结果；需要新边界时再点击重置多边形。

打开根系图像预处理器

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