# ImageJ 教學：分析光譜照片

> 作者：王一哲
> 第1版：2016/4/6
> 第2版：2020/6/14

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## 操作步驟

首先開啟 ImageJ

<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/qz1fFXQ.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">ImageJ 主視窗</div>
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再將光譜照片拖曳進 ImageJ，本例當中所用的光譜照片，是從 Tracker 的範例影片裡截取來的，分別為氫、氦、汞，圖中的 2 個亮點是用來標記位置的雷射光，波長分別為 543 nm 、 633 nm，在檔案管理員當中選取這 3 張照片，拖曳到 ImageJ 的視窗再放掉滑鼠左鍵即可開啟圖片。

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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/rtYgpoD.jpg" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Tracker 範例裡的氫原子光譜照片</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/Eohhrjr.jpg" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Tracker 範例裡的氦原子光譜照片</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/il2wBBz.jpg" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Tracker 範例裡的汞原子光譜照片</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/RRPwvWM.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">開啟後的 3 張照片</div>
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將光譜照片組成 Stack，由工具列依序點選 **Image** → **Stacks** → **Images to Stack**
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/Yfu842L.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Image → Stack → Images to Stack</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/btJXXtl.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">以 3 張照片組成的 Stack</div>
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選取雷射標記部分並複製成新的 Stack，由工具列依序點選 **Image** → **Duplicate** 或按快速鍵 **Ctrl+Shift+D**
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/8co5aTE.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">選取雷射標記部分</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/zaSE4yM.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Image → Duplicate（快速鍵為 Ctrl+Shift+D）</div>
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<img height="40%" width="40%" src="https://i.imgur.com/TiYxc0d.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Duplicate選項，要勾選 Duplicate stack</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/qJnfCEN.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">複製後的圖片（雷射標記部分）</div>
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繪製灰階值 - 位置關係圖，找出峰值對應的位置，步驟如下：

1. 將複製後的圖片全選，由工具列依序點選 **Analyze** → **Plot Profile** 或按快速鍵 **Ctrl+K**
2. 在畫出來的圖上用長方形選取工具，選取峰值部分，按 **+** 號放大圖片
3. 將滑鼠游標移動到峰值上，讀取峰值對應的位置，單位為 **pixels**

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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/bRI7jXF.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Analyze → Plot Profile（快速鍵為 Ctrl+K）</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/WZDsBLp.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">灰階值 - 位置關係圖</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/fdIwp54.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">灰階值 - 位置關係圖（放大峰值部分）</div>
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換算位置與波長的關係，步驟如下：

1. 由工具列依序點選 **Analyze** → **Tools** → **Curve Fitting**
2. 將 Curve Fitting 視窗內的數值刪除，填入上個步驟找到的位置及對應的波長，例如：274 543、399 633
3. 選擇 **Straight Line** ，按下 **Fit**，得到換算用的公式，本例中得到的是 $y = 345.72 + 0.72x$

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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/5CqRpR2.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Analyze → Tools → Curve Fitting</div>
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<img height="60%" width="60%" src="https://i.imgur.com/2clE6Ik.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Curve Fitting 開啟的視窗</div>
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<img height="60%" width="60%" src="https://i.imgur.com/ALD371c.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Curve Fitting 開啟的視窗，填入位置與波長對應的值</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/8wP87yi.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Curve Fitting 的結果</div>
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開啟 LibreOffice Calc 並填入換算公式

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<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/jgFAzXu.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">B2 = 345.72&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;B3 = 0.72</div>
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回到 ImageJ ，在原圖組成的 Stack 選取光譜部分，複製為新的 Stack 再拆開，步驟如下：

1. 移動上、下兩個邊即可，不要改變水平方向的選取範圍
2. 按下 **Ctrl+Shift+D** 複製選取的部分
3. 選取複製後的 Stack 再拆開為 3 張圖片，這樣可以確保 3 張圖片選取的部分完全相同，由工具列依序點選 **Image** → **Stacks** → **Stack to Images**

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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/4DUZFoU.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">修改選取範圍</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/eOe5CFd.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">複製後的 Stack</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/GGE6LnC.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">Image → Stacks → Stack to Images</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/One7rsG.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">拆開後的 3 張照片</div>
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選取拆開後的照片，繪製灰階值 - 位置關係圖，將資料貼到 LibreOffice Calc，步驟如下：

1. 點選其中一張照片，按 **Ctrl+A** 全選，按 **Ctrl+K** 繪圖
2. 點選圖片左下角的 **List** ，顯示圖片資料
3. 在資料表上按 **Ctrl+A** 全選，按 **Ctrl+C** 複製，到 Calc 視窗按 **Ctrl+V** 貼上資料

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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/jJUKDWm.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">氫原子光譜灰階值 - 位置關係圖</div>
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<img height="50%" width="50%" src="https://i.imgur.com/nbmj2Wc.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">資料表格</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/4JUgVXf.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">將資料貼到 Calc</div>
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用 Calc 將位置換算為波長，繪製強度 - 波長關係圖，步驟如下：

1. 在儲存格 F2 上按 **=** ，輸入 **\$B\$2+D2\*\$B\$3**
2. 利用自下填入的功能記算 F 欄所有儲存格對應的波長
3. 插入 **XY散布圖**，繪製強度 - 波長關係圖
4. 重複以上步驟，繪製氦原子、汞原子光譜強度波長關係圖

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<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/aUjjUnf.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">在 F2 中輸入算式</div>
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<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/Pebp0Ej.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">自動填入完成 F 欄所有的計算</div>
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<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/dc7nT59.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">插入 XY 散布圖步驟1</div>
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<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/solzxuz.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">插入 XY 散布圖步驟2</div>
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<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/2MtEFO8.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">插入 XY 散布圖步驟3</div>
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<img height="100%" width="100%" src="https://i.imgur.com/lXdBIhc.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">插入 XY 散布圖步驟4</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/dRyffXD.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">氫原子光譜強度 - 波長關係圖</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/zxcl8dK.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">氦原子光譜強度 - 波長關係圖</div>

<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/sDXRBPG.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">汞原子光譜強度 - 波長關係圖</div>
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<img height="80%" width="80%" src="https://i.imgur.com/yFuE7DA.png" style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;"/>
<div style="text-align:center">原子光譜強度 - 波長關係圖</div>
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## 參考資料

1. 用imagej進行光譜校正01-curve fitter。2016年4月23日。取自 https://youtu.be/OrsxpVGoNTs?list=PLm6x13NbsKl74Ut0Mr-KNxHaOs3WlJchV
2. 用imagej進行光譜校正02-利用試算表繪製圖形(更改座標)。2016年4月23日。取自 https://youtu.be/ACrOm8T4MYc?list=PLm6x13NbsKl74Ut0Mr-KNxHaOs3WlJchV
3. 用imagej進行光譜校正03 存檔。2016年4月23日。取自 https://youtu.be/Nsb6CLIkWnY?list=PLm6x13NbsKl74Ut0Mr-KNxHaOs3WlJchV
4. 用imagej進行光譜校正04 組圖。2016年4月23日。取自 https://youtu.be/KFew1n1T_lQ?list=PLm6x13NbsKl74Ut0Mr-KNxHaOs3WlJchV

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## 延伸閱讀

1. [ImageJ 教學：分析海水表面溫度](https://hackmd.io/@yizhewang/Hk4wjnAVN)
2. [ImageJ 教學：分析光的干涉、繞射照片](https://hackmd.io/@yizhewang/S1L3WaCVN)

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