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第1章　绪论1

1.1 人的视觉系统及其特性1

1.1.1 视觉系统的基本结构1

1.1.2　视觉现象3

1.1.3 视觉模型6

1.2　光度学与色度学的基础知识8

1.2.1 光度学8

1.2.2 色度学9

1.3　模拟图像14

1.3.1 图像的形成与记录14

1.3.2 图像函数15

1.4　数字图像15

1.4.1 数字图像的获取途径16

1.4.2 数字图像的特点17

1.4.3 数字图像的基本类型20

1.4.4 常用的数字图像格式21

1.4.5 数字图像的质量评价25

1.5 图像的统计参量27

1.5.1 灰度最大值27

1.5.2　灰度最小值28

1.5.3 灰度均值28

1.5.4 灰度方差28

1.5.5 图像的熵28

1.5.6 灰度直方图29

参考文献31

第2章　生物显微图像分析系统32

2.1　概述32

2.2　生物显微图像分析系统的硬件组成33

2.2.1 图像输入设备33

2.2.2　图像输出设备52

2.2.3 图像数据存储介质60

2.3 图像处理与分析软件62

2.3.1 图像处理与分析软件的设计要求62

2.2.4 生物显微图像分析系统的主机62

2.3.2 生物显微图像分析系统的软件结构63

2.4 图像分析的主要技术流程65

参考文献66

第3章　生物图像处理的基本方法67

3.1　数字图像处理的数学知识67

3.1.1 信号67

3.1.2 信号的运算69

3.1.3 点源与冲激函数71

3.1.4 卷积71

3.1.5 线性移不变系统74

3.2 图像信号的数字化75

3.2.1 信号的采样75

3.2.2 信号的量化77

3.3 图像运算78

3.3.1 图像的点运算78

3.3.2 图像的代数运算80

3.3.3 图像的几何运算81

3.3.4 图像的数学形态学运算85

3.4 图像变换91

3.4.1 傅里叶变换91

3.4.2 离散余弦变换94

3.4.3 小波变换96

3.5 空间域图像增强99

3.5.1 直方图增强100

3.5.2 图像平滑104

3.5.3 锐化增强108

3.5.4 空间域伪彩色增强111

3.5.5 真彩色增强113

3.6 变换域图像增强113

3.6.1 低通滤波器114

3.6.2 高通滤波器115

3.6.3 变换域伪彩色增强117

3.6.4 同态滤波器117

3.7 图像分割118

3.7.1 图像分割的定义119

3.7.2 经典图像分割方法119

3.7.3 彩色图像分割126

3.7.4 现代图像分割方法127

3.7.5 细胞图像分割129

参考文献134

第4章 生物光学显微镜成像技术135

4.1 概论135

4.1.1 显微镜的成像原理135

4.1.2 显微镜的基本结构135

4.1.3 显微镜的技术指标136

4.2 显微镜的通用照明技术139

4.2.1 透射式照明139

4.2.2 落射式照明140

4.3 应用反差增强技术的显微镜140

4.3.2 相差显微镜141

4.3.1 暗视野照明141

4.3.3 微分干涉差显微镜143

4.4 落射荧光显微镜145

4.4.1 荧光及其光谱146

4.4.2 荧光显微镜的基本结构148

4.5 光学系统的成像缺陷及其校正方法150

4.5.1 单色像差及其校正方法151

4.5.2 色差及其校正方法153

参考文献154

第5章　细胞（组织）图像分析155

5.1 目标表达与描述155

5.1.1　边界表达与描述155

5.1.2 区域表达与描述157

5.2 形态学参数及其测量方法158

5.2.1 二维几何参数158

5.2.2 三维结构参数161

5.2.3 体视学参数163

5.3.1 显微分光光度技术166

5.3　光度学参数及其测量方法166

5.3.2 流式细胞光度技术170

5.3.3 图像细胞光度技术173

5.4 图像细胞光度技术的实现174

5.4.1 图像细胞光度技术的必要条件175

5.4.2 光度技术的主要评价参数175

5.4.3 光密度与灰度的关系176

5.4.4 图像细胞光度技术与流式细胞光度技术的比较177

5.5 图像处理在细胞（组织）图像分析中的应用177

5.5.1 背景校正177

5.5.2 滤波179

5.5.3 对比度增强179

5.5.4 二值图像运算179

5.5.5 数学和逻辑运算181

5.6 图像分析的误差及其控制182

5.6.1 图像分析的误差因素182

5.5.6 图像缩放与图像存储182

5.6.2 图像分析误差的计算184

5.6.3 图像分析的误差控制185

参考文献186

第6章 生物化学图像分析187

6.1 电泳原理187

6.1.1 Kohlaush公式187

6.1.3 影响电泳速度的外界因素188

6.1.2 带电粒子和等电点188

6.2 电泳技术的分类190

6.2.1 电泳技术分类Ⅰ（原理）190

6.2.2 电泳技术分类Ⅱ（固体支持介质）191

6.2.3 电泳技术分类Ⅲ（其他）191

6.3 凝胶电泳及凝胶图像分析系统192

6.3.1 聚丙烯酰胺凝胶电泳192

6.3.2 凝胶图像分析技术的发展192

6.3.3 凝胶图像分析系统193

6.3.4 凝胶图像分析原理195

6.3.5 凝胶图像分析系统的选型197

6.4　检测蛋白质的主要方法198

6.4.1 Lowry法及其改良方法198

6.4.2 紫外吸收光度法198

6.4.3 染色法199

6.4.4 免疫印迹法201

6.5 双向电泳201

6.5.1 IEF/SDS-PAGE201

6.5.2 双向电泳设备203

6.6 双向电泳图像分析206

6.6.1 双向蛋白电泳图像分析的实现207

6.6.2 双向电泳图像分析小结209

6.6.3 双向荧光差异凝胶电泳及其图像分析209

6.7 单细胞凝胶电泳图像分析211

6.7.1 SCGE原理211

6.7.2 彗星图像分析系统212

6.7.3　SCGE图像分析实例214

参考文献215

第7章 厚生物样品显微图像处理217

7.1 激光扫描共聚焦显微镜217

7.1.1 激光的基本性质217

7.1.2 激光的特点220

7.1.3 共聚焦的概念221

7.1.4 激光扫描共聚焦显微镜原理222

7.1.5 激光扫描共聚焦显微镜的主要应用223

7.2 激光扫描共聚焦显微镜的结构224

7.2.1 常用激光器224

7.2.2 扫描单元225

7.2.3 荧光显微镜229

7.2.4 图像数据采集与转换单元230

7.2.5 计算机系统230

7.3 激光扫描共聚焦显微镜的系统软件230

7.3.1 扫描方式231

7.3.2 激光扫描共聚焦显微镜的软件模块232

7.3.3 激光扫描共聚焦显微镜图像处理实例234

7.4 科学计算可视化与共聚焦图像三维重建原理236

7.4.1 科学计算可视化的基本概念237

7.4.2 三维数据场的可视化方法237

7.4.3 获得高质量的三维重建图像的方法240

7.5　数字去卷积显微成像原理241

7.5.1 影响光学显微镜成像的若干因素241

7.5.3 光学切片245

7.5.2 光学显微镜成像的数学模型245

7.5.4 去卷积算法246

7.5.5 数字去卷积技术与共聚焦技术的比较249

7.6　多光子激发荧光显微成像技术251

7.6.1 多光子激发原理251

7.6.2 多光子激发显微镜的结构252

7.6.3 多光子激发成像与单光子激发成像的比较252

参考文献255

8.1.1 电子的德布罗意波长256

第8章 生物单分子成像与光镊技术256

8.1 扫描探针显微成像技术和光镊技术的物理基础256

8.1.2 隧道效应和隧道电流257

8.1.3 原子力258

8.1.4 光阱力258

8.2 扫描探针显微成像技术259

8.2.1 扫描探针显微镜的分类260

8.2.2 扫描隧道显微镜系统260

8.2.3 扫描隧道显微镜的图像模式261

8.3 原子力显微成像技术262

8.3.1 原子力显微镜的结构262

8.3.2 原子力显微镜的底物266

8.3.3 原子力显微镜的工作模式267

8.3.4 原子力显微镜的免费学习软件269

8.3.5 原子力显微镜与其他成像技术的比较270

8.3.6 原子力显微镜在生物科学研究中的应用271

8.4.1 光镊系统的构成275

8.4 光镊技术275

8.4.2 光镊的特性276

8.5 单分子检测技术277

8.5.1 单分子成像技术277

8.5.2 单分子纳米操作技术282

8.5.3 单分子成像与纳米操作技术的结合283

参考文献283

第9章　活体分子成像284

9.1　活体分子成像的基本概念284

9.1.1 放射性核素与放射性核素标记284

9.1.2 分子探针与靶分子285

9.1.3 结构成像与功能成像287

9.1.4 活体分子成像技术287

9.2 发射型计算机断层成像的技术基础288

9.2.1 单光子发射与正电子发射288

9.2.2 γ光子探测295

9.3.1 SPECT的结构297

9.3 单光子发射计算机断层成像297

9.3.2 SPECT数据衰减校正298

9.3.3 小动物SPECT及其应用298

9.4 正电子发射断层成像302

9.4.1 PET探测302

9.4.2 PET与SPECT主要性能的比较305

9.4.3 小动物PET及其应用305

9.5 磁共振成像和磁共振谱分析313

9.5.1 MRI基本原理314

9.5.2 化学位移316

9.5.3 小动物MRI系统的特点316

9.5.4 MRI活体分子成像的应用318

9.6 光学成像320

9.6.1 生物发光成像系统321

9.6.2 绿色荧光蛋白基因表达成像322

9.6.3 萤光素酶基因表达成像323

9.6.4 生物发光成像与绿色荧光蛋白表达成像的比较326

参考文献327

第10章 生物图像处理与多媒体制作329

10.1 图像图形软件简介329

10.1.1 Photoshop329

10.1.2 Fireworks330

10.1.3 Illustrator和CorelDraw330

10.2 Photoshop的操作界面330

10.2.1 标题、菜单及属性栏331

10.2.2 工具箱331

10.2.3 调板334

10.2.4 状态栏和图像窗口336

10.3 图像文件操作336

10.3.1 新建文件和打开文件337

10.3.2 存储文件和恢复文件337

10.3.3 置入文件338

10.4.1 创建规则选区或不规则选区339

10.4 图像的编辑339

10.4.2 移动和复制选区340

10.4.3 存储和载入选区340

10.4.4 定位选区341

10.5 图层的应用341

10.6 图像调整与图像处理342

10.6.1 图像调整342

10.6.2 图像处理基础344

10.6.3 图像处理346

10.7 用Photoshop处理激光扫描共聚焦显微镜图像实例349

10.8 用于生物科学的多媒体制作358

10.8.1 幻灯片演示358

10.8.2 视频和动画制作359

参考文献361

附录1 QWin图像处理与分析软件362

附录2 英汉生物图像技术常用词汇表373

附录3 生物图像技术常用网址383