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第1章 绪论 1

1.1 光学显微镜分辨率极限 1

1.2 激光共焦扫描显微镜 2

1.3 数字共焦显微技术 2

1.4 数字共焦显微技术主要的研究内容 3

1.4.1 三维显微图像复原方法 4

1.4.2 序列光学切片采集控制技术 5

1.5 本书常涉及算法及评价指标 6

1.5.1 贝叶斯（Bayes）图像复原迭代法 6

1.5.2 图像复原的评价标准 7

第2章 三维显微成像的点扩散函数及其对去卷积的影响 11

2.1 引言 11

2.2 三维显微成像3D-PSF 11

2.2.1 3D-PSF的计算 11

2.2.2 卷积中3D-PSF的空间大小 13

2.2.3 散焦像和光学切片 14

2.2.4 去卷积中3D-PSF的空间大小 16

2.3 频谱均值 16

2.3.1 频谱均值概念的提出 16

2.3.2 散焦像和切片图像的评价 18

2.4 实验 19

2.4.1 光学切片间距的确定 19

2.4.2 三维样本光学切片f、3D-PSF和三维切片图像g 19

2.4.3 复原及分析 19

2.4.4 3D-PSF层数n的确定 21

2.5 本章小结 22

第3章 基于Markov约束的Bayes三维显微图像复原方法 23

3.1 引言 23

3.2 基于Markov约束的二维图像Bayes复原算法 23

3.2.1 基于Markov约束的泊松-最大后验概率法Poisson-MAP（MPMAP算法） 23

3.2.2 基于Markov约束的泊松-最大似然法Poisson-ML（MPML算法） 24

3.3 Markov惩罚项中的邻域三维拓展 25

3.4 正则化参数α 26

3.5 实验 28

3.5.1 三维样本f、3D-PSF和三维切片图像g 28

3.5.2 三维MAP算法和MPMAP算法复原 28

3.5.3 三维ML算法和MPML算法复原 31

3.6 实际切片图像的复原 33

3.7 分辨率和信噪比的权衡取舍 34

3.7.1 实验 34

3.7.2 复原图像的定量评价 35

3.7.3 结果分析 36

3.8 本章小结 37

第4章 基于小波变换阈值去噪的三维显微图像复原方法 38

4.1 引言 38

4.2 小波变换 38

4.2.1 小波变换多分辨分析 38

4.2.2 小波包分析 39

4.3 基于小波变换的阈值化图像去噪方法 40

4.3.1 阈值化 40

4.3.2 阈值δ的选取 40

4.4 小波包阈值去噪三维显微图像复原方法 41

4.4.1 小波包阈值去噪复原方法 41

4.4.2 小波包阈值去噪复原步骤 42

4.5 实验 42

4.5.1 三维样本f、3D-PSF和三维光学切片g 42

4.5.2 图像复原比较及分析 42

4.5.3 实际切片图像的复原 44

4.6 本章小结 45

第5章 基于噪声灰度差估计三维显微图像超分辨率复原 46

5.1 引言 46

5.2 噪声灰度差估计 46

5.3 噪声灰度差估计的步骤 47

5.4 噪声灰度差估计的准确性测试 47

5.5 实验与结果分析 49

5.6 本章小结 50

第6章 去卷积迭代算法迭代次数自动选取 51

6.1 最大似然法在图像复原中的应用 51

6.1.1 迭代次数与图像复原的关系 51

6.1.2 带判断项的最大似然算法 52

6.2 实验分析 53

6.2.1 仿真图像以及点扩散函数的构建 54

6.2.2 图像复原 54

6.2.3 图像复原结果分析 55

6.2.4 阈值λ的选取 56

6.3 本章小结 56

第7章 数字共焦显微技术成像分辨率 57

7.1 引言 57

7.2 生物光学显微镜成像特性 57

7.2.1 薄样本成像 57

7.2.2 厚样本成像 57

7.2.3 厚样本光学切片成像 58

7.3 瑞利判据和半峰宽度 58

7.4 分辨率评价的两个指标 59

7.5 分辨率测量与分析 59

7.5.1 仿真厚样本设计 59

7.5.2 设计3D-PSF 60

7.5.3 计算薄样本和厚样本图像 61

7.5.4 去卷积复原 61

7.5.5 半峰宽度测定 61

7.5.6 分辨率分析 63

7.5.7 结论 64

7.6 本章小结 64

第8章 基于高斯函数假设的图像频谱恢复特性分析方法 66

8.1 引言 66

8.2 图像的退化模型 66

8.3 高斯函数假设分析方法 67

8.3.1 高斯函数假设 67

8.3.2 分析方法 67

8.3.3 极限方差 68

8.3.4 方差比 68

8.4 实验计算及分析 69

8.4.1 约束最小平方滤波法（CLS法） 69

8.4.2 最大似然法（PML法） 70

8.5 本章小结 72

第9章 三维显微成像点扩散函数及其实现 73

9.1 3D-PSF 73

9.1.1 3D-PSF计算 73

9.1.2 Hankel变换 74

9.1.3 CCD相关参数的确定 75

9.1.4 坐标变换 77

9.1.5 3D-PSF归一化 77

9.2 软件设计与实现 77

9.2.1 3D-PSF软件 77

9.2.2 数字共焦显微系统软件 79

9.3 本章小结 83

第10章 物镜移动下的三维显微图像采集方式 84

10.1 系统设计 84

10.2 光学系统点扩散函数误差分析 84

10.3 三维样本仿真实验 87

10.4 本章小结 90

第11章 3D-PSF空域大小与图像复原关系 91

11.1 3D-PSF径向大小与图像复原的关系 91

11.1.1 3D-PSF的结构 91

11.1.2 3D-PSF能量分布 92

11.1.3 3D-PSF空域大小 93

11.1.4 3D-PSF径向大小与图像复原关系 93

11.1.5 构造数学模型 99

11.1.6 3D-PSF的选取 100

11.2 3D-PSF层距与图像复原的关系 101

11.2.1 3D-PSF采样定理分析 101

11.2.2 3D-PSF不同层距与图像复原关系分析 101

11.2.3 仿真实验和结果分析 102

11.2.4 结果分析 106

11.3 本章小结 107

第12章 相同空间大小3D-PSF的层数与图像复原 108

12.1 3D-PSF结构 108

12.2 卷积中3D-PSF的空间大小 109

12.3 3D-PSF采样分析 109

12.4 相同空间大小3D-PSF层数确定 110

12.5 仿真实验与分析 110

12.5.1 三维显微生物样本f，3D-PSF以及三维样本切片图像g 110

12.5.2 仿真实验及结果分析 111

12.5.3 构造数学关系 114

12.5.4 3D-PSF的选取 116

12.6 本章小结 116

第13章 基于复原效率曲线拐点的3D-PSF空间大小选取方法 117

13.1 3D-PSF直径大小对图像复原影响的理论分析 117

13.2 图像复原效率及3D-PSF的选取方法 118

13.2.1 图像复原效率 118

13.2.2 基于图像复原效率的3D-PSF的选取方法 118

13.3 实验与分析 119

13.3.1 仿真图像和3D-PSF构建 119

13.3.2 仿真实验 120

13.3.3 曲线拟合 121

13.3.4 确定“可选最小空间3D-PSF” 121

13.3.5 3D-PSF选取 122

13.4 本章小结 123

第14章 光学显微成像系统3D-PSF能量分布 124

14.1 3D-PSF的实现 124

14.2 3D-PSF离散空间点数与真实空间大小的关系 125

14.2.1 3D-PSF轴向点数与真实轴向空间大小的关系 125

14.2.2 3D-PSF径向点数与真实径向空间大小的关系 125

14.3 3D-PSF在空间中的能量分布 126

14.3.1 3D-PSF能量比概念的提出 126

14.3.2 3D-PSF能量分布理论分析 126

14.3.3 仿真实验 127

14.3.4 轴向能量与径向能量分布 129

14.3.5 3D-PSF能量比空间分布模型 134

14.4 本章小结 134

第15章 3D-PSF能量分布的选取方法 136

15.1 基于能量分布的3D-PSF选取 136

15.1.1 3D-PSF的能量分布 136

15.1.2 基于能量分布的3D-PSF选取方法 136

15.1.3 选取方法的实现 137

15.2 基于图像复原效率的3D-PSF 140

15.2.1 图像复原效率 140

15.2.2 基于图像复原效率的3D-PSF选取 141

15.2.3 选取方法的实现 142

15.3 两种选取方法的应用与分析 144

15.3.1 基于能量分布的3D-PSF选取的应用 144

15.3.2 基于图像复原效率的3D-PSF选取的应用 146

15.4 本章小结 148

第16章 基于区间估计的3D-PSF空间大小选取方法 149

16.1 3D-PSF的结构 149

16.2 基于区间估计的选取方法 150

16.3 仿真实验 152

16.4 实验结果分析 153

16.5 3D-PSF的选取 154

16.5.1 建立选取模型 154

16.5.2 选取结果 156

16.6 本章小结 159

第17章 SIFT算法与3D-PSF空间大小的选取 160

17.1 SIFT算法 160

17.1.1 SIFT特征检测 160

17.1.2 SIFT特征匹配 161

17.2 SIFT特征匹配与图像复原关系分析 163

17.3 仿真实验 163

17.3.1 仿真实验方法 164

17.3.2 实验结果与分析 164

17.4 选取方法的分析与比较 169

17.4.1 两种选取方法分析比较 170

17.4.2 与现有方法比较 171

17.5 本章小结 173

第18章 序列光学切片自动采集方法 174

18.1 引言 174

18.2 细胞光学切片采集过程 174

18.3 清晰度评价函数 175

18.4 自动聚焦的实现方法 175

18.5 生物细胞的序列切片采集 176

18.6 实验结果与分析 177

18.6.1 自动聚焦的实验 177

18.6.2 阈值η0的验证 178

18.6.3 生物细胞序列切片实验 178

18.7 本章小结 179

第19章 基于数控电位器调节的压电陶瓷驱动电源研究 181

19.1 压电陶瓷驱动电源的设计要求 181

19.2 驱动电源工作原理及设计 182

19.2.1 高压稳压电源和前级高压稳压电路的设计 182

19.2.2 数控电位器的设计 184

19.2.3 功率放大电路的设计 186

19.2.4 放电回路的设计 187

19.3 功率放大电路级联放电回路的仿真分析 188

19.3.1 线性度分析 188

19.3.2 输出偏移量分析 189

19.3.3 动态响应分析 189

19.4 驱动电源性能测试 190

19.4.1 静态性能测试 190

19.4.2 动态响应测试 191

19.5 本章小结 192

第20章 基于遗传算法的离线优化模糊PID控制算法 194

20.1 常规闭环PID控制器 194

20.1.1 控制器参数整定 194

20.1.2 实验结果与分析 195

20.2 模糊PID控制 196

20.2.1 模糊PID控制器设计 196

20.2.2 隶属度函数与控制规律 196

20.2.3 实验结果与分析 198

20.3 基于遗传算法的模糊PID控制研究 199

20.3.1 基于遗传算法的模糊PID控制思想 199

20.3.2 参数离线优化 199

20.3.3 实验结果与分析 200

20.4 本章小结 202

第21章 压电陶瓷物镜驱动器控制系统设计与实现 204

21.1 系统结构总体设计方案 204

21.2 控制系统组成 205

21.2.1 压电陶瓷物镜驱动器 205

21.2.2 驱动电源 207

21.2.3 微位移传感器 209

21.2.4 信号调理电路 210

21.2.5 A/D转换电路 210

21.2.6 微处理器 211

21.3 系统控制流程 212

21.4 控制系统各模块测试与分析 213

21.4.1 数控电位器测试分析 213

21.4.2 微位移传感器测试分析 214

21.4.3 A/D转换模块测试分析 214

21.5 控制系统整体性能测试与分析 215

21.5.1 系统控制过程 215

21.5.2 系统测试量 215

21.5.3 系统测试结果及分析 216

21.6 本章小结 218

第22章 基于小功率运放桥式电路的压电物镜控制器驱动电源设计 220

22.1 控制器设计指标提出 220

22.1.1 控制器设计指标计算涉及的若干公式 220

22.1.2 控制器设计指标计算 220

22.2 项目组研制的驱动电源问题分析 222

22.2.1 高压数控电位器分析测试 223

22.2.2 功率放大电路分析测试 224

22.2.3 放电回路分析测试 225

22.3 压电物镜控制器的驱动电源设计 226

22.3.1 压电物镜控制器的组成 226

22.3.2 驱动电源类型选择 227

22.3.3 放大电路设计 227

22.3.4 高压直流源设计 230

22.3.5 微控制器及DAC选择 231

22.3.6 传感器信号调理模块介绍及ADC选择 232

22.4 驱动电源性能测试 234

22.4.1 电压输出线性度 234

22.4.2 峰值电流 236

22.4.3 方波响应 237

22.4.4 静态纹波 238

22.4.5 频率响应 239

22.5 本章小结 241

第23章 压电物镜控制器控制算法分析、实验对比及选取 242

23.1 项目组研究的控制算法分析 242

23.2 压电物镜控制器控制算法研究与分析 243

23.2.1 逆Preisach前馈补偿控制算法 243

23.2.2 PID闭环控制算法 248

23.2.3 逆Preisach前馈补偿结合PID复合控制算法 248

23.3 三种控制算法实验比较分析 249

23.3.1 逆Preisach前馈补偿控制算法实验分析 249

23.3.2 PID闭环控制算法实验分析 252

23.3.3 逆Preisach前馈补偿结合PID复合控制算法实验分析 253

23.4 PID控制算法控制器实验测试 254

23.5 本章小结 256

第24章 实验3D-PSF的构建 257

24.1 实验点光源制作 257

24.2 实验3D-PSF的构建 257

24.2.1 荧光微珠光学切片图像采集 257

24.2.2 多图像平均 259

24.2.3 实验3D-PSF的构建 259

24.3 理论3D-PSF的构建 260

24.4 图像复原 261

24.4.1 对荧光微珠三维切片图像的复原 261

24.4.2 对生物荧光组织三维切片显微镜图像的复原 261

24.5 本章小结 263