荧光显微图像3D重建技术与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王瑜 著

图书标签:

• 荧光显微镜
• 3D重建
• 生物医学工程
• 图像处理
• 计算机视觉
• 生物成像
• 显微成像
• 细胞生物学
• 生物物理学
• 医学影像

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030453907

版次：01

商品编码：11781022

包装：平装

开本：32开

出版时间：2015-09-01

页数：156

正文语种：中文

内容简介

医学、生命科学、生物学等世界前沿科学研究领域，迫切需要以3D形式展现显微样本的结构细节，用新的视角和理念重新认识和分析人类正在努力探索的微观世界，这无疑对传统2D形式的显微光学成像系统提出了严峻的挑战。本书针对荧光显微图像理解、图像去噪、图像3D重建三个关键问题展开论述，在深入分析传统光学成像系统的成像机理、成像过程、成像模型和退化因素的基础上，介绍了光场、压缩感知和反卷积等基础理论，并确定了荧光显微样本密集2D截面图像栈(微观光场)的有效采集方案，提出了准确、鲁棒、高效的图像预处理以及3D重建方法，最终构建荧光显微样本3D重建原型演示系统，用于显微样本观察与分析，辅助研究人员获得正确的科学结论。本书内容具有前瞻性和挑战性，在显微样本科学研究、工业电子以及纳米技术等新兴技术领域中，具有重要的科学意义和实用价值

目录

前言
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 研究背景
1.3 显微镜成像原理
1.3.1 人眼的可见光范围
1.3.2 显微镜的基本成像原理
1.4 国内外显微样本3D立体成像发展与现状
1.4.1 波前重建显微镜方法
1.4.2 全息显微镜方法
1.4.3 共焦显微镜方法
1.4.4 CT显微镜方法
1.4.5 倾斜视角重建显微镜方法
1.4.6 基于微透镜阵列的显微镜方法
1.4.7 体视显微镜方法
1.4.8 荧光显微镜3D重建方法
1.5 本章小结
参考文献

第2章 荧光显微图像3D重建
2.1 引言
2.2 荧光显微图像3D重建方法的思路与优势
2.2.1 算法设计思路
2.2.2 荧光显微图像3D重建方法的优势
2.3 物理与统计模型
2.3.1 物理模型
2.3.2 统计模型
2.4 光场表示与性质
2.4.1 光场表示
2.4.2 微观光场性质
2.4.3 基于微观光场的几点讨论
2.5 荧光显微图像3D重建方法
2.5.1 近邻方法
2.5.2 线性方法
2.5 3非线性方法
2.5.4 统计方法
2.5.5 盲反卷积方法
2.6 本章小结
参考文献

第3章 荧光显微图像去噪算法研究
3.1 引言
3.2 偏微分方程
3.2.1 偏微分方程的概念
3.2.2 偏微分方程的特点
3.3 基于方向四阶偏微分方程的荧光显微图像去噪
3.3.1 方法介绍
3.3.2 评价方法
3.3.3 实验与讨论
3.4 基于四阶偏微分方程和对比度增强的荧光显微图像去噪
3.4.1 方法介绍
3.4.2 实验与讨论
3.5 本章小结
参考文献

第4章 2D荧光显微图像复原算法研究
4.1 引言
4.2 基于稀疏表示约束的2D荧光显微图像复原
4.2.1 基本理论知识
4.2.2 方法介绍
4.2.3 实验与讨论
4.3 基于Gabor小波分解和增益图约束的2D荧光显微图像复原
4.3.1 基本理论知识
4.3.2 方法介绍
4.3.3 实验与讨论
4.4 本章小结
参考文献

第5章 3D荧光显微图像重建算法研究
5.1 引言
5.2 基于各阶强度导数的荧光显微图像3D重建
5.2.1 基本理论知识
5.2.2 方法介绍
5.2.3 实验与讨论
5.3 基于空间变化点扩散函数的荧光显微图像3D重建
5.3.1 基本理论知识
5.3.2 方法介绍
5.3.3 实验与讨论
5.4 本章小结
参考文献

第6章 荧光显微图像显示与分析系统
6.1 引言
6.2 系统设计
6.3 系统功能实现
6.3.1 2D图像复原
6.3.2 3D图像重建
6.4 评价标准
6.5 本章小结
参考文献
彩图

精彩书摘

　　《荧光显微图像3D重建技术与应用》：
　　此外，共焦显微镜成本较高，一般需要数十万到上百万美元，导致该设备虽然已经出现了近30年，且能够应用于实际，但是仍1日无法广泛使用，只能局限在实验室使用。
　　1.4.4 CT显微镜方法
　　全息显微摄影术不仅记录了标本的信息，同时也记录了显微镜的内部结构，这严重限制了该技术的使用，而共焦显微镜虽然能够应用于实际，但是其昂贵的价格使其很难作为普及的实验工具，另外，共焦显微镜只限于荧光样本的观测，在很大程度上限制了其使用范围。
　　与共焦显微镜相比，CT（Computed—Tomography）显微镜是一种在价格上可以将其有效替代的产品，CT光学显微镜有两种系统可以实现其功能。
　　一种是直接将X射线CT技术应用于光学显微镜，可以通过在样本周围旋转显微镜系统，或显微镜系统固定不动，样本自转来实现。在该系统中，样本的空间尺寸要小于物镜的焦长或物镜与聚光镜之间的距离，以便样本能够在景深范围内旋转，因此，这种系统不能观察大尺寸的、可延展的或形状不固定的样本。图1.9为CT显微镜的坐标系系统。
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前言/序言

《光影织梦：微观世界的立体探索》 一、 探索肉眼无法触及的壮丽宇宙 我们栖居的宇宙，既有浩瀚星辰的宏伟，亦隐藏着微观尺度下生命的律动与结构的精妙。当我们凝视一朵花、一片叶，或者观察细胞的微妙变化时，视野的尽头似乎被一层无形的幕布所遮蔽，阻碍着我们深入探究其内在的复杂与美丽。本书《光影织梦：微观世界的立体探索》正是为打破这层遮蔽而生，它将带领您踏上一场前所未有的微观立体探索之旅，揭示那些隐藏在二维平面之下的三维真相。 想象一下，您不再满足于从显微镜下看到细胞的扁平轮廓，而是渴望能像一位工程师解剖精密机械一样，全方位地审视细胞的内部构造，观察其囊泡的运动轨迹，追踪蛋白质的聚合过程，甚至洞悉DNA分子链的缠绕姿态。亦或是在材料科学领域，您需要精准理解纳米颗粒在三维空间中的排列方式，以优化材料的性能；在医学诊断方面，您需要清晰地辨识肿瘤组织的生长模式，为治疗方案的制定提供更坚实的基础。这些需求，都指向一个共同的目标：构建真实的三维图像，让微观世界的立体形态跃然眼前。 本书将为您铺就一条通往这一目标的路径。我们并非专注于某一特定的技术门类，而是从更广泛的视角出发，深入浅出地阐释如何利用先进的光学原理与图像处理技术，将采集到的多角度二维信息融合成具有深度与体积感的立体模型。我们将目光投向那些最前沿的观察手段，从能穿透组织的深层扫描，到能捕捉极速动态的超分辨成像，再到能精密定位分子的分子探针技术，它们共同编织了一个日益清晰的微观世界图景。 二、 光影的魔法：从二维到三维的蜕变 生命的奥秘，材料的潜能，无不蕴藏在三维结构之中。然而，我们获取的原始数据往往是二维的切片或投影。如何从这些零散的碎片中“重塑”出完整的立体形态？这正是《光影织梦：微观世界的立体探索》的核心内容所在。 我们不会拘泥于单一的技术框架，而是将视野拓展至整个信息采集、处理与可视化的流程。首先，我们将探讨多种数据采集策略。这包括了传统的光学显微技术（如共聚焦显微镜、多光子显微镜）如何通过层层扫描获取不同深度的信息，也包括了先进的断层成像技术（如X射线断层成像、电子断层成像）如何从不同角度投影来重建内部结构。我们将深入解析不同成像模式下光线与物质的相互作用，以及如何优化成像参数以获得高质量的原始数据。 接着，我们将重点聚焦于三维重建的算法与理论。这部分将是本书的灵魂所在。我们将介绍一系列核心的重建算法，从基础的图像叠加与插值，到更复杂的模型重建技术，如基于体绘制（Volume Rendering）的技术，它能够直接将三维体数据可视化，展现内部结构和密度变化；再到基于表面的重建技术（Surface Reconstruction），它侧重于提取物体的表面特征，生成逼真的三维模型。我们会深入剖析这些算法的数学原理、计算流程以及各自的优缺点，并探讨如何根据不同的数据特性和应用需求来选择和优化算法。 更重要的是，我们将强调图像处理与数据融合的重要性。在重建过程中，原始数据往往伴随着噪声、伪影以及不同成像模态之间的差异。本书将详述如何运用先进的图像去噪、增强、配准和分割技术，来提纯数据、校正误差，并实现多源数据的有效融合。例如，将荧光显微图像与电子显微图像进行空间配准，从而在同一三维模型中展示生物分子标记与细胞超微结构的对应关系，这种跨尺度的融合能够带来前所未有的认知深度。 三、 场景的延展：不止于实验室的洞察 《光影织梦：微观世界的立体探索》并非一本纯粹的理论教材，它更关注如何将这些先进的技术转化为实际的应用价值。本书将广泛而深入地探讨三维重建技术在多个前沿领域的应用实例。 在生命科学领域，我们将看到，如何利用三维重建技术来绘制细胞的三维结构图谱，理解细胞器在空间中的动态分布，解析复杂的信号转导通路。例如，对神经元网络的立体重建，能够帮助我们理解信息在大脑中的传递机制；对病毒入侵细胞的三维动态过程的追踪，能为抗病毒药物的研发提供关键线索。我们还将探讨如何通过三维重建来分析胚胎发育过程中的细胞行为，揭示形态发生的分子机制。 在材料科学领域，三维重建技术为我们提供了前所未有的工具，用以理解和设计新型材料。例如，通过对多孔材料的三维结构进行精确建模，可以优化其催化性能或吸附能力；对纳米复合材料的三维形貌进行分析，可以揭示其力学或电学特性的来源。本书将展示如何利用三维重建技术来研究电池材料的微观结构变化，以提升能量存储效率，以及如何分析生物医用材料的表面形貌，以促进组织工程和药物递送的研究。 在医学诊断与治疗领域，三维重建正扮演着越来越重要的角色。从精准的影像导航手术，到个性化的肿瘤放疗计划制定，再到早期疾病的微观病灶识别，三维重建都提供了强大的支持。本书将探讨如何利用CT、MRI等医学成像技术结合三维重建，为医生提供更直观的病灶三维模型，辅助手术规划，减少创伤。同时，我们也将触及病理诊断领域，展示如何通过对病理切片的三维重建，更全面地评估肿瘤的侵袭范围和复发风险。 此外，本书还将涉及工程技术、地质科学、环境科学等多个领域，展现三维重建技术在复杂结构分析、灾害模拟、环境保护等方面的广泛应用前景。 四、 拥抱未来：挑战与机遇并存 《光影织微观世界的立体探索》不仅是对现有技术的一次全面梳理，更是对未来发展方向的一次展望。我们深知，在追求更精细、更快速、更智能的三维重建道路上，仍面临诸多挑战。例如，如何提高重建的实时性，以适应动态过程的捕捉；如何实现跨尺度的融合，从分子到宏观的统一呈现；如何自动化数据处理流程，降低技术的应用门槛。 本书将引导读者思考这些挑战，并介绍一些正在探索中的前沿方向，如人工智能与机器学习在三维重建中的应用，它们能够显著提升图像的识别、分割和模型重建的效率与准确性；新型成像技术的不断涌现，如量子点标记技术、纳米成像技术等，将为数据采集带来新的可能；以及更强大的计算平台和可视化工具的开发，将为复杂的三维数据的处理和呈现提供坚实的基础。 我们相信，通过对这些技术的深入理解和不断创新，我们能够逐步突破现有技术的局限，最终实现对微观世界前所未有的立体洞察，从而在科学研究、技术创新乃至人类福祉的提升方面，开启新的篇章。 《光影织梦：微观世界的立体探索》是一次对未知边界的勇敢探索，它邀请您一同走进这个充满奇迹的立体微观世界，感受光影交织的魅力，解锁隐藏在三维结构中的无限可能。无论您是科研人员、工程师，还是对科学充满好奇的探索者，本书都将成为您理解和掌握三维重建技术的得力助手，为您点亮探索微观宇宙的智慧之光。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我首先被它的标题所吸引。“荧光显微图像3D重建技术与应用”，这几个词组合在一起，仿佛描绘了一幅幅在实验室里，科学家们利用尖端技术，探寻生命奥秘的生动画面。我一直对微观世界的探索充满热情，而荧光显微技术，就像是打开了这个世界的钥匙。但二维的平面图像，总觉得少了些什么。这本书的“3D重建”部分，则让我眼前一亮，仿佛能看到细胞的真实三维结构，感受到生命的脉动。我迫切想知道，书中是如何讲解“3D重建”的核心原理的？它是如何将不同角度、不同深度的二维图像，巧妙地组合成一个立体的模型？这个过程中，是否存在一些关键的技术难点？比如，如何保证重建的精度和分辨率？我还会好奇，这些3D重建的技术，在实际的应用中，又会带来哪些令人兴奋的成果？是否能够帮助我们更深入地理解细胞的功能，或者在疾病的研究中，提供新的视角？这本书，在我看来，是一扇通往微观世界深处的窗户，让我充满探索的渴望。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我一种沉浸式的感觉，深邃的蓝色背景上，几束跳跃的荧光线条交织在一起，仿佛是细胞内部生命的脉搏在跳动，又像是跨越维度探索的信号。这种视觉语言，瞬间就勾起了我对书中内容的无限遐想。我脑海中浮现出无数个科学故事的画面：科学家们如何在显微镜下捕捉到那些肉眼无法窥见的微观世界？那些曾经模糊不清的细胞结构，如何在先进技术的帮助下，剥去层层迷雾，呈现出立体的、栩栩如生的形态？我尤其期待书中能够深入讲解“3D重建”这个概念，它究竟是如何将二维的荧光图像转化为三维模型的？这个过程是否涉及到复杂的算法和精密的仪器？这些技术上的挑战，又会如何被一一克服？我想象着书中可能会出现各种生动形象的比喻，将抽象的技术原理变得易于理解，就像是一位经验丰富的向导，带领读者穿越微观世界的迷宫，发现那些隐藏在细胞深处的奥秘。我还会好奇，这些3D重建的技术，究竟能为我们带来哪些前所未有的应用？是能够更精准地诊断疾病，还是能为新药研发提供更直观的依据？这本书，在我看来，不仅仅是一本技术手册，更是一扇通往未知世界的窗口，让我充满期待。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本书，第一眼吸引我的，是它引人入胜的开篇。它并没有直接抛出枯燥的技术术语，而是从一个宏大的科学视角出发，娓娓道来荧光显微技术在现代生物学研究中的重要地位。我能感受到作者的深厚功底和对这个领域的无限热情。他似乎在用一种充满故事性的方式，向我展示荧光标记如何成为我们窥探生命活动的“眼睛”，又如何从简单的二维成像，一步步发展到如今能够“看到”生命的立体结构。我特别想知道，书中关于“3D重建”的理论基础是如何构建的？它是否涉及到了光学、计算机图形学、以及生物成像的交叉学科知识？作者是如何将这些复杂的概念，用一种清晰、有逻辑的语言来呈现的？我期待书中能够提供一些经典的案例分析，比如某个细胞器是如何被3D重建的，或者某个生物过程是如何通过3D成像而得以深入理解的。我还可以想象，书中可能会穿插一些引人入胜的科学发展史，讲述那些奠定3D重建技术基础的里程碑式发现。这本书，对我而言，就像是一位睿智的长者，在向我讲述科学探索的跌宕起伏，让我不仅学到知识，更能体会到科学的魅力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名，本身就带有一种探索未知、揭示秘密的神秘感。我一直对那些看不见的微观世界充满了敬畏和好奇。荧光显微技术，就像是为我们点亮了这条探索之路，而“3D重建”，更是将这条路带入了立体化的维度。我迫不及待地想知道，书中是如何讲解“3D重建”的具体方法论的？它是否会涉及多种不同的重建策略，比如基于硬件的采集方法，还是纯粹的算法处理？我很好奇，在实际的实验操作中，科研人员是如何将那些零散的2D图像数据，转化为一个连续、完整的3D模型？这个过程是否需要大量的计算资源？或者有特殊的软件工具来辅助完成？我还会联想到，这些3D重建的技术，能否用于模拟生物体的内部结构，以便进行更精密的药物靶点分析？或者在神经科学领域，用于绘制复杂的神经网络连接？这本书，对我而言，就像是一本藏宝图，指引我去发现隐藏在生命体内的更多精彩。

评分☆☆☆☆☆

初次接触这本书，我便被它所描绘的“荧光显微图像3D重建”这一主题深深吸引。我一直对微观世界的探索充满好奇，而荧光技术无疑是打开这个世界的钥匙。但我所了解的荧光显微，大多局限于二维的平面图像，看到的是点点滴滴的光斑。这本书的标题，则直接指向了更深层次的理解——“3D重建”，这意味着我们不再仅仅是“看”，而是能够“感知”生命的立体形态。我脑海中立刻浮现出各种有趣的设想：书中是否会详细介绍不同的3D重建算法？例如，多角度成像、切片重构，或者更前沿的光学断层扫描技术？这些技术在实际操作中会遇到哪些挑战？比如，如何处理图像的噪声？如何保证重建的精度？我还会期待书中能够解答，这些3D重建的技术，究竟能为生命科学研究带来哪些突破性的进展？是否能帮助我们更深入地理解细胞的时空动态？或者在疾病的早期诊断方面，提供新的思路？这本书，在我眼中，是一本充满未来感的指南，指引我走向理解生命运作本质的全新维度。