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-PAGE 201
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 Photoshop 329
10.1.2 Fireworks 330
10.1.3 Illustrator和CorelDraw 330
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