本文档介绍了如何使用 tifffile 库将显微镜图像保存为多层 TIFF 文件，并为每一层添加不同的元数据。重点在于如何利用 OME-TIFF 格式存储图像数据，并包含各层切片的 Z 轴位置等信息，方便后续图像分析和处理。
在使用显微镜进行图像采集时，经常需要将不同高度（Z轴）的图像保存为一个 TIFF 堆栈，并且希望每张切片都包含特定的元数据，例如 Z 轴位置。 tifffile 库是一个强大的 Python 库，可以方便地读写 TIFF 文件。下面介绍如何使用它来保存带有不同元数据的 TIFF 堆栈。
OME-TIFF 格式
对于显微镜图像，推荐使用 OME-TIFF 格式。 OME-TIFF 是一种专门为生物图像设计的 TIFF 变体，可以存储丰富的元数据，包括图像的物理尺寸、单位、通道信息、Z 轴位置等。
代码示例
以下代码示例展示了如何使用 tifffile 库创建一个 OME-TIFF 文件，其中包含一个 Z 轴堆栈，并且每张切片都有自己的 Z 轴位置信息。
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import numpy
from tifffile import TiffWriter
# 模拟显微镜图像数据
data = numpy.random.randint(0, 1023, (8, 256, 256), 'uint16')
pixelsize = 0.29 # 像素大小，单位：微米
zpositions = [0.0, 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5, 6.6, 7.7] # Z轴位置
# 构建元数据
metadata = {
'axes': 'ZYX',
'SignificantBits': 10,
'PhysicalSizeX': pixelsize,
'PhysicalSizeXUnit': 'µm',
'PhysicalSizeY': pixelsize,
'PhysicalSizeYUnit': 'µm',
'Plane': {
'PositionZ': zpositions,
'PositionZUnit': ['µm'] * data.shape[0],
'PositionY': [7.5] * data.shape[1],
'PositionYUnit': ['µm'] * data.shape[1],
'PositionX': [10.5] * data.shape[2],
'PositionXUnit': ['µm'] * data.shape[2],
},
}
# 写入 OME-TIFF 文件
with TiffWriter('temp.ome.tif', bigtiff=False, ome=True) as tif:
tif.write(
data,
photometric='minisblack',
# tile=(128, 128), # 可以设置分块大小，提高读取效率
# compression='adobe_deflate', # 可以设置压缩方式，减小文件大小
resolutionunit='CENTIMETER',
resolution=(1e4 / pixelsize, 1e4 / pixelsize),
metadata=metadata,
)代码解释:
- 导入必要的库: 导入 numpy 用于生成模拟数据，tifffile 用于写入 TIFF 文件。
- 模拟数据: data 是一个三维 numpy 数组，模拟了 8 张 256x256 的显微镜图像。
-
定义元数据: metadata 是一个字典，包含了 OME-TIFF 格式要求的各种元数据。
- axes: 定义了图像的轴的顺序，这里是 ZYX (Z轴，Y轴，X轴)。
- PhysicalSizeX/Y: 定义了像素的物理尺寸，单位是微米。
- Plane: 包含每个切片的元数据，例如 Z 轴位置。 PositionZ 是一个列表，包含了每个切片的 Z 轴位置。 PositionZUnit 指定了 Z 轴位置的单位。
-
写入 TIFF 文件: 使用 TiffWriter 创建一个 TIFF 文件，并设置 ome=True 来启用 OME-TIFF 格式。 tif.write() 函数将图像数据和元数据写入文件。
- photometric='minisblack'：指定图像的颜色模式为灰度图像。
- resolutionunit='CENTIMETER'和 resolution：定义了图像的分辨率。
- tile 和 compression：可以用来优化存储和读取性能，根据实际情况选择。
注意事项
- OME-TIFF 规范: 务必参考 OME-TIFF 的官方文档，了解完整的元数据规范，确保生成的 TIFF 文件符合标准。
- 元数据类型: metadata 字典中的值必须是正确的数据类型，例如数值、字符串或列表。
- 文件大小: 如果图像数据量很大，可以考虑使用 bigtiff=True 来创建 BigTIFF 文件，以支持更大的文件大小。
- 数据类型: 确保 data 数组的数据类型与显微镜图像的数据类型一致，例如 uint8、uint16 或 float32。
总结
通过使用 tifffile 库和 OME-TIFF 格式，可以方便地将显微镜图像保存为多层 TIFF 文件，并为每张切片添加不同的元数据。这对于后续的图像分析和处理非常有用。 请根据实际情况修改代码，以满足您的具体需求。例如，您可以添加更多的元数据，例如通道信息、时间戳等。
