熒光顯微圖像3D重建技術與應用 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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王瑜 著

圖書標籤:

• 熒光顯微鏡
• 3D重建
• 生物醫學工程
• 圖像處理
• 計算機視覺
• 生物成像
• 顯微成像
• 細胞生物學
• 生物物理學
• 醫學影像

齣版社： 科學齣版社有限責任公司

ISBN：9787030453907

版次：01

商品編碼：11781022

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2015-09-01

頁數：156

正文語種：中文

內容簡介

醫學、生命科學、生物學等世界前沿科學研究領域，迫切需要以3D形式展現顯微樣本的結構細節，用新的視角和理念重新認識和分析人類正在努力探索的微觀世界，這無疑對傳統2D形式的顯微光學成像係統提齣瞭嚴峻的挑戰。本書針對熒光顯微圖像理解、圖像去噪、圖像3D重建三個關鍵問題展開論述，在深入分析傳統光學成像係統的成像機理、成像過程、成像模型和退化因素的基礎上，介紹瞭光場、壓縮感知和反捲積等基礎理論，並確定瞭熒光顯微樣本密集2D截麵圖像棧(微觀光場)的有效采集方案，提齣瞭準確、魯棒、高效的圖像預處理以及3D重建方法，最終構建熒光顯微樣本3D重建原型演示係統，用於顯微樣本觀察與分析，輔助研究人員獲得正確的科學結論。本書內容具有前瞻性和挑戰性，在顯微樣本科學研究、工業電子以及納米技術等新興技術領域中，具有重要的科學意義和實用價值

目錄

前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 研究背景
1.3 顯微鏡成像原理
1.3.1 人眼的可見光範圍
1.3.2 顯微鏡的基本成像原理
1.4 國內外顯微樣本3D立體成像發展與現狀
1.4.1 波前重建顯微鏡方法
1.4.2 全息顯微鏡方法
1.4.3 共焦顯微鏡方法
1.4.4 CT顯微鏡方法
1.4.5 傾斜視角重建顯微鏡方法
1.4.6 基於微透鏡陣列的顯微鏡方法
1.4.7 體視顯微鏡方法
1.4.8 熒光顯微鏡3D重建方法
1.5 本章小結
參考文獻

第2章 熒光顯微圖像3D重建
2.1 引言
2.2 熒光顯微圖像3D重建方法的思路與優勢
2.2.1 算法設計思路
2.2.2 熒光顯微圖像3D重建方法的優勢
2.3 物理與統計模型
2.3.1 物理模型
2.3.2 統計模型
2.4 光場錶示與性質
2.4.1 光場錶示
2.4.2 微觀光場性質
2.4.3 基於微觀光場的幾點討論
2.5 熒光顯微圖像3D重建方法
2.5.1 近鄰方法
2.5.2 綫性方法
2.5 3非綫性方法
2.5.4 統計方法
2.5.5 盲反捲積方法
2.6 本章小結
參考文獻

第3章 熒光顯微圖像去噪算法研究
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 偏微分方程的特點
3.3 基於方嚮四階偏微分方程的熒光顯微圖像去噪
3.3.1 方法介紹
3.3.2 評價方法
3.3.3 實驗與討論
3.4 基於四階偏微分方程和對比度增強的熒光顯微圖像去噪
3.4.1 方法介紹
3.4.2 實驗與討論
3.5 本章小結
參考文獻

第4章 2D熒光顯微圖像復原算法研究
4.1 引言
4.2 基於稀疏錶示約束的2D熒光顯微圖像復原
4.2.1 基本理論知識
4.2.2 方法介紹
4.2.3 實驗與討論
4.3 基於Gabor小波分解和增益圖約束的2D熒光顯微圖像復原
4.3.1 基本理論知識
4.3.2 方法介紹
4.3.3 實驗與討論
4.4 本章小結
參考文獻

第5章 3D熒光顯微圖像重建算法研究
5.1 引言
5.2 基於各階強度導數的熒光顯微圖像3D重建
5.2.1 基本理論知識
5.2.2 方法介紹
5.2.3 實驗與討論
5.3 基於空間變化點擴散函數的熒光顯微圖像3D重建
5.3.1 基本理論知識
5.3.2 方法介紹
5.3.3 實驗與討論
5.4 本章小結
參考文獻

第6章 熒光顯微圖像顯示與分析係統
6.1 引言
6.2 係統設計
6.3 係統功能實現
6.3.1 2D圖像復原
6.3.2 3D圖像重建
6.4 評價標準
6.5 本章小結
參考文獻
彩圖

精彩書摘

　　《熒光顯微圖像3D重建技術與應用》：
　　此外，共焦顯微鏡成本較高，一般需要數十萬到上百萬美元，導緻該設備雖然已經齣現瞭近30年，且能夠應用於實際，但是仍1日無法廣泛使用，隻能局限在實驗室使用。
　　1.4.4 CT顯微鏡方法
　　全息顯微攝影術不僅記錄瞭標本的信息，同時也記錄瞭顯微鏡的內部結構，這嚴重限製瞭該技術的使用，而共焦顯微鏡雖然能夠應用於實際，但是其昂貴的價格使其很難作為普及的實驗工具，另外，共焦顯微鏡隻限於熒光樣本的觀測，在很大程度上限製瞭其使用範圍。
　　與共焦顯微鏡相比，CT（Computed—Tomography）顯微鏡是一種在價格上可以將其有效替代的産品，CT光學顯微鏡有兩種係統可以實現其功能。
　　一種是直接將X射綫CT技術應用於光學顯微鏡，可以通過在樣本周圍鏇轉顯微鏡係統，或顯微鏡係統固定不動，樣本自轉來實現。在該係統中，樣本的空間尺寸要小於物鏡的焦長或物鏡與聚光鏡之間的距離，以便樣本能夠在景深範圍內鏇轉，因此，這種係統不能觀察大尺寸的、可延展的或形狀不固定的樣本。圖1.9為CT顯微鏡的坐標係係統。
　　……

前言/序言

《光影織夢：微觀世界的立體探索》 一、 探索肉眼無法觸及的壯麗宇宙 我們棲居的宇宙，既有浩瀚星辰的宏偉，亦隱藏著微觀尺度下生命的律動與結構的精妙。當我們凝視一朵花、一片葉，或者觀察細胞的微妙變化時，視野的盡頭似乎被一層無形的幕布所遮蔽，阻礙著我們深入探究其內在的復雜與美麗。本書《光影織夢：微觀世界的立體探索》正是為打破這層遮蔽而生，它將帶領您踏上一場前所未有的微觀立體探索之旅，揭示那些隱藏在二維平麵之下的三維真相。 想象一下，您不再滿足於從顯微鏡下看到細胞的扁平輪廓，而是渴望能像一位工程師解剖精密機械一樣，全方位地審視細胞的內部構造，觀察其囊泡的運動軌跡，追蹤蛋白質的聚閤過程，甚至洞悉DNA分子鏈的纏繞姿態。亦或是在材料科學領域，您需要精準理解納米顆粒在三維空間中的排列方式，以優化材料的性能；在醫學診斷方麵，您需要清晰地辨識腫瘤組織的生長模式，為治療方案的製定提供更堅實的基礎。這些需求，都指嚮一個共同的目標：構建真實的三維圖像，讓微觀世界的立體形態躍然眼前。 本書將為您鋪就一條通往這一目標的路徑。我們並非專注於某一特定的技術門類，而是從更廣泛的視角齣發，深入淺齣地闡釋如何利用先進的光學原理與圖像處理技術，將采集到的多角度二維信息融閤成具有深度與體積感的立體模型。我們將目光投嚮那些最前沿的觀察手段，從能穿透組織的深層掃描，到能捕捉極速動態的超分辨成像，再到能精密定位分子的分子探針技術，它們共同編織瞭一個日益清晰的微觀世界圖景。 二、 光影的魔法：從二維到三維的蛻變 生命的奧秘，材料的潛能，無不蘊藏在三維結構之中。然而，我們獲取的原始數據往往是二維的切片或投影。如何從這些零散的碎片中“重塑”齣完整的立體形態？這正是《光影織夢：微觀世界的立體探索》的核心內容所在。 我們不會拘泥於單一的技術框架，而是將視野拓展至整個信息采集、處理與可視化的流程。首先，我們將探討多種數據采集策略。這包括瞭傳統的光學顯微技術（如共聚焦顯微鏡、多光子顯微鏡）如何通過層層掃描獲取不同深度的信息，也包括瞭先進的斷層成像技術（如X射綫斷層成像、電子斷層成像）如何從不同角度投影來重建內部結構。我們將深入解析不同成像模式下光綫與物質的相互作用，以及如何優化成像參數以獲得高質量的原始數據。 接著，我們將重點聚焦於三維重建的算法與理論。這部分將是本書的靈魂所在。我們將介紹一係列核心的重建算法，從基礎的圖像疊加與插值，到更復雜的模型重建技術，如基於體繪製（Volume Rendering）的技術，它能夠直接將三維體數據可視化，展現內部結構和密度變化；再到基於錶麵的重建技術（Surface Reconstruction），它側重於提取物體的錶麵特徵，生成逼真的三維模型。我們會深入剖析這些算法的數學原理、計算流程以及各自的優缺點，並探討如何根據不同的數據特性和應用需求來選擇和優化算法。 更重要的是，我們將強調圖像處理與數據融閤的重要性。在重建過程中，原始數據往往伴隨著噪聲、僞影以及不同成像模態之間的差異。本書將詳述如何運用先進的圖像去噪、增強、配準和分割技術，來提純數據、校正誤差，並實現多源數據的有效融閤。例如，將熒光顯微圖像與電子顯微圖像進行空間配準，從而在同一三維模型中展示生物分子標記與細胞超微結構的對應關係，這種跨尺度的融閤能夠帶來前所未有的認知深度。 三、 場景的延展：不止於實驗室的洞察 《光影織夢：微觀世界的立體探索》並非一本純粹的理論教材，它更關注如何將這些先進的技術轉化為實際的應用價值。本書將廣泛而深入地探討三維重建技術在多個前沿領域的應用實例。 在生命科學領域，我們將看到，如何利用三維重建技術來繪製細胞的三維結構圖譜，理解細胞器在空間中的動態分布，解析復雜的信號轉導通路。例如，對神經元網絡的立體重建，能夠幫助我們理解信息在大腦中的傳遞機製；對病毒入侵細胞的三維動態過程的追蹤，能為抗病毒藥物的研發提供關鍵綫索。我們還將探討如何通過三維重建來分析胚胎發育過程中的細胞行為，揭示形態發生的分子機製。 在材料科學領域，三維重建技術為我們提供瞭前所未有的工具，用以理解和設計新型材料。例如，通過對多孔材料的三維結構進行精確建模，可以優化其催化性能或吸附能力；對納米復閤材料的三維形貌進行分析，可以揭示其力學或電學特性的來源。本書將展示如何利用三維重建技術來研究電池材料的微觀結構變化，以提升能量存儲效率，以及如何分析生物醫用材料的錶麵形貌，以促進組織工程和藥物遞送的研究。 在醫學診斷與治療領域，三維重建正扮演著越來越重要的角色。從精準的影像導航手術，到個性化的腫瘤放療計劃製定，再到早期疾病的微觀病竈識彆，三維重建都提供瞭強大的支持。本書將探討如何利用CT、MRI等醫學成像技術結閤三維重建，為醫生提供更直觀的病竈三維模型，輔助手術規劃，減少創傷。同時，我們也將觸及病理診斷領域，展示如何通過對病理切片的三維重建，更全麵地評估腫瘤的侵襲範圍和復發風險。 此外，本書還將涉及工程技術、地質科學、環境科學等多個領域，展現三維重建技術在復雜結構分析、災害模擬、環境保護等方麵的廣泛應用前景。 四、 擁抱未來：挑戰與機遇並存 《光影織微觀世界的立體探索》不僅是對現有技術的一次全麵梳理，更是對未來發展方嚮的一次展望。我們深知，在追求更精細、更快速、更智能的三維重建道路上，仍麵臨諸多挑戰。例如，如何提高重建的實時性，以適應動態過程的捕捉；如何實現跨尺度的融閤，從分子到宏觀的統一呈現；如何自動化數據處理流程，降低技術的應用門檻。 本書將引導讀者思考這些挑戰，並介紹一些正在探索中的前沿方嚮，如人工智能與機器學習在三維重建中的應用，它們能夠顯著提升圖像的識彆、分割和模型重建的效率與準確性；新型成像技術的不斷湧現，如量子點標記技術、納米成像技術等，將為數據采集帶來新的可能；以及更強大的計算平颱和可視化工具的開發，將為復雜的三維數據的處理和呈現提供堅實的基礎。 我們相信，通過對這些技術的深入理解和不斷創新，我們能夠逐步突破現有技術的局限，最終實現對微觀世界前所未有的立體洞察，從而在科學研究、技術創新乃至人類福祉的提升方麵，開啓新的篇章。 《光影織夢：微觀世界的立體探索》是一次對未知邊界的勇敢探索，它邀請您一同走進這個充滿奇跡的立體微觀世界，感受光影交織的魅力，解鎖隱藏在三維結構中的無限可能。無論您是科研人員、工程師，還是對科學充滿好奇的探索者，本書都將成為您理解和掌握三維重建技術的得力助手，為您點亮探索微觀宇宙的智慧之光。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我首先被它的標題所吸引。“熒光顯微圖像3D重建技術與應用”，這幾個詞組閤在一起，仿佛描繪瞭一幅幅在實驗室裏，科學傢們利用尖端技術，探尋生命奧秘的生動畫麵。我一直對微觀世界的探索充滿熱情，而熒光顯微技術，就像是打開瞭這個世界的鑰匙。但二維的平麵圖像，總覺得少瞭些什麼。這本書的“3D重建”部分，則讓我眼前一亮，仿佛能看到細胞的真實三維結構，感受到生命的脈動。我迫切想知道，書中是如何講解“3D重建”的核心原理的？它是如何將不同角度、不同深度的二維圖像，巧妙地組閤成一個立體的模型？這個過程中，是否存在一些關鍵的技術難點？比如，如何保證重建的精度和分辨率？我還會好奇，這些3D重建的技術，在實際的應用中，又會帶來哪些令人興奮的成果？是否能夠幫助我們更深入地理解細胞的功能，或者在疾病的研究中，提供新的視角？這本書，在我看來，是一扇通往微觀世界深處的窗戶，讓我充滿探索的渴望。

評分☆☆☆☆☆

初次接觸這本書，我便被它所描繪的“熒光顯微圖像3D重建”這一主題深深吸引。我一直對微觀世界的探索充滿好奇，而熒光技術無疑是打開這個世界的鑰匙。但我所瞭解的熒光顯微，大多局限於二維的平麵圖像，看到的是點點滴滴的光斑。這本書的標題，則直接指嚮瞭更深層次的理解——“3D重建”，這意味著我們不再僅僅是“看”，而是能夠“感知”生命的立體形態。我腦海中立刻浮現齣各種有趣的設想：書中是否會詳細介紹不同的3D重建算法？例如，多角度成像、切片重構，或者更前沿的光學斷層掃描技術？這些技術在實際操作中會遇到哪些挑戰？比如，如何處理圖像的噪聲？如何保證重建的精度？我還會期待書中能夠解答，這些3D重建的技術，究竟能為生命科學研究帶來哪些突破性的進展？是否能幫助我們更深入地理解細胞的時空動態？或者在疾病的早期診斷方麵，提供新的思路？這本書，在我眼中，是一本充滿未來感的指南，指引我走嚮理解生命運作本質的全新維度。

評分☆☆☆☆☆

當我翻開這本書，第一眼吸引我的，是它引人入勝的開篇。它並沒有直接拋齣枯燥的技術術語，而是從一個宏大的科學視角齣發，娓娓道來熒光顯微技術在現代生物學研究中的重要地位。我能感受到作者的深厚功底和對這個領域的無限熱情。他似乎在用一種充滿故事性的方式，嚮我展示熒光標記如何成為我們窺探生命活動的“眼睛”，又如何從簡單的二維成像，一步步發展到如今能夠“看到”生命的立體結構。我特彆想知道，書中關於“3D重建”的理論基礎是如何構建的？它是否涉及到瞭光學、計算機圖形學、以及生物成像的交叉學科知識？作者是如何將這些復雜的概念，用一種清晰、有邏輯的語言來呈現的？我期待書中能夠提供一些經典的案例分析，比如某個細胞器是如何被3D重建的，或者某個生物過程是如何通過3D成像而得以深入理解的。我還可以想象，書中可能會穿插一些引人入勝的科學發展史，講述那些奠定3D重建技術基礎的裏程碑式發現。這本書，對我而言，就像是一位睿智的長者，在嚮我講述科學探索的跌宕起伏，讓我不僅學到知識，更能體會到科學的魅力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我一種沉浸式的感覺，深邃的藍色背景上，幾束跳躍的熒光綫條交織在一起，仿佛是細胞內部生命的脈搏在跳動，又像是跨越維度探索的信號。這種視覺語言，瞬間就勾起瞭我對書中內容的無限遐想。我腦海中浮現齣無數個科學故事的畫麵：科學傢們如何在顯微鏡下捕捉到那些肉眼無法窺見的微觀世界？那些曾經模糊不清的細胞結構，如何在先進技術的幫助下，剝去層層迷霧，呈現齣立體的、栩栩如生的形態？我尤其期待書中能夠深入講解“3D重建”這個概念，它究竟是如何將二維的熒光圖像轉化為三維模型的？這個過程是否涉及到復雜的算法和精密的儀器？這些技術上的挑戰，又會如何被一一剋服？我想象著書中可能會齣現各種生動形象的比喻，將抽象的技術原理變得易於理解，就像是一位經驗豐富的嚮導，帶領讀者穿越微觀世界的迷宮，發現那些隱藏在細胞深處的奧秘。我還會好奇，這些3D重建的技術，究竟能為我們帶來哪些前所未有的應用？是能夠更精準地診斷疾病，還是能為新藥研發提供更直觀的依據？這本書，在我看來，不僅僅是一本技術手冊，更是一扇通往未知世界的窗口，讓我充滿期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名，本身就帶有一種探索未知、揭示秘密的神秘感。我一直對那些看不見的微觀世界充滿瞭敬畏和好奇。熒光顯微技術，就像是為我們點亮瞭這條探索之路，而“3D重建”，更是將這條路帶入瞭立體化的維度。我迫不及待地想知道，書中是如何講解“3D重建”的具體方法論的？它是否會涉及多種不同的重建策略，比如基於硬件的采集方法，還是純粹的算法處理？我很好奇，在實際的實驗操作中，科研人員是如何將那些零散的2D圖像數據，轉化為一個連續、完整的3D模型？這個過程是否需要大量的計算資源？或者有特殊的軟件工具來輔助完成？我還會聯想到，這些3D重建的技術，能否用於模擬生物體的內部結構，以便進行更精密的藥物靶點分析？或者在神經科學領域，用於繪製復雜的神經網絡連接？這本書，對我而言，就像是一本藏寶圖，指引我去發現隱藏在生命體內的更多精彩。