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出版者:科学出版社

作者:王永仲

出品人:

页数:263

译者:

出版时间:2006-8

价格:38.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030171436

丛书系列:

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探秘微观世界：现代显微技术与生物成像 书籍简介 本书旨在为光学工程、生物医学工程、材料科学以及生命科学领域的研究人员、高级学生和专业技术人员提供一个全面、深入且具有前瞻性的指南，专注于现代显微成像技术及其在生命科学研究中的前沿应用。 我们生活在一个宏观可见的世界，但生命和物质的本质奥秘，往往隐藏在微米乃至纳米的尺度之下。《探秘微观世界：现代显微技术与生物成像》并非聚焦于传统的光学原理，而是将焦点完全投向了突破衍射极限、实现超高分辨率成像、以及开发新型多维度信息获取方法的尖端领域。 第一部分：跨越衍射极限的黎明——超分辨显微成像的理论与实践 本部分将深入剖析自20世纪末以来，彻底改变生物成像领域的超分辨（Super-Resolution Microscopy, SRM）技术的核心科学原理、仪器设计与实际操作流程。 第一章：衍射极限的桎梏与突破 详细回顾阿贝衍射极限的物理基础及其对传统光学显微镜分辨率的限制。着重介绍首批突破该极限的关键技术： STED（受激发射损耗）显微镜：深入解析“甜甜圈形”光束（Doughnut Beam）的形成机制、弛豫时间对分辨率的影响，以及如何通过优化磷光团（Fluorophores）的特性来提升成像速度和信噪比。我们将分析不同类型的STED（如双色STED、拉曼-STED）在实际应用中面临的挑战与解决方案。 PALM/STORM（光激活定位显微镜/随机光学重建显微镜）：全面阐述基于单分子定位（Single-Molecule Localization, SMLM）的成像策略。这包括分子开关的生物化学基础（光漂白、光转换）、精确定位算法（如高斯拟合、质心算法）的数学模型，以及如何利用高密度光子收集构建亚细胞结构的高精度三维图谱。 第二章：基于光场调控的超分辨方法 本章聚焦于利用结构光场或计算方法实现分辨率提升的技术体系： SIM（结构光照明显微镜）：详细阐述傅里叶光学在编码和解码结构光栅信息中的作用。我们将剖析Moiré条纹的产生、莫兰滤波器的设计原理，并提供不同激发模式（如双束、三束、多束）的对比分析，强调其高速采集和低光毒性的优势。 iPALM与双平面成像技术：探讨如何通过引入双立体成像系统，利用球差效应实现快速三维超分辨重建，特别是在活细胞动态过程跟踪中的应用价值。 第二部分：多维信息获取与活体成像前沿 现代显微镜不仅要看得更清晰，还要能同时获取更多维度（如深度、时间、分子性质）的信息。本部分将介绍如何整合先进的光学元件和计算方法来实现这一目标。 第三章：深度信息的获取：多光子与光片成像 双光子（Two-Photon）和多光子显微镜：深入讲解基于时间相关单光子发射（TCSPC）的原理，重点分析其在深层组织成像中因激发波长长、光损伤小所带来的生物学优势。讨论时间分辨荧光寿命成像（FLIM）在分子环境探查中的应用。 共聚焦与光片成像的演进：详细对比传统共聚焦（Confocal）系统与新兴的光片成像（Light-Sheet Fluorescence Microscopy, LSFM）的几何结构差异。特别是对选择性平面照明显微镜（SPIM）和其高速变体（如MuSICAL SPIM, DIXON）的结构和数据处理流程进行详尽阐述，强调其对大型样本、长期活体观察的革命性影响。 第四章：非线性光学与功能性分子探针 本章将探讨如何利用非线性光学效应来探测生物分子，摆脱对传统荧光团的依赖： 拉曼散射与受激拉曼散射（SRS）成像：详细介绍SRS成像的原理，如何利用两个不同波长的激光束（泵浦光和斯托克斯光）在分子振动能级上产生可量化的信号，实现无需标记的化学组分成像。分析其在代谢成像和脂质组学研究中的潜力。 第三谐波生成（Third Harmonic Generation, THG）与二次谐波生成（Second Harmonic Generation, SHG）：解析这两种对比机制如何用于识别非中心对称结构（如胶原纤维、肌球蛋白）和界面（如细胞膜），及其在活体组织结构分析中的应用。 第三部分：计算成像与数据解析的挑战 高分辨率和多维度的成像必然带来海量数据。本部分着眼于如何用先进的计算工具处理和解释这些复杂的数据集。 第五章：图像重建与降噪算法 逆问题的解决：Tikhonov正则化与迭代解卷积：对传统图像退化模型进行回顾，重点介绍Lucy-Richardson算法和基于偏微分方程的解卷积方法，用于校正系统点扩散函数（PSF）造成的模糊。 深度学习在显微成像中的集成：探讨卷积神经网络（CNN）如何用于加速SIM重建、减少STED成像所需的光毒性剂量（低光照重建），以及在超分辨率图像的自动分割和分类中的应用。重点分析数据集的构建和模型验证的严谨性。 第六章：三维与四维（时空）数据可视化与分析 体积渲染与交互式可视化：介绍如何利用GPU加速技术实现TB级别三维数据集的实时渲染。讨论体绘制（Volume Rendering）、等值面提取（Isosurface Extraction）等技术在揭示复杂细胞骨架网络结构中的优势。 时间序列分析与轨迹追踪：讲解如何结合运动学模型，对活细胞内蛋白或囊泡的随机游走（Random Walk）进行精确的Mean Squared Displacement (MSD) 分析，从而推断分子在细胞质或膜上的扩散系数和运动模式。 本书的特色在于紧密结合前沿研究案例，从理论推导到实际仪器配置，再到数据处理的每一个环节都提供了详尽的指导和反思，是致力于推动显微技术边界的科研工作者的必备参考书。

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关于**数字图像传感器（CMOS/CCD）的物理结构与信号处理**的这本教材，内容着实是为硬核技术人员准备的。它毫不留情地深入到了半导体物理的最前沿，详细解析了光子如何被捕获、电子如何被收集，以及后续的电荷-电压转换过程中的噪声来源。书中对**量子效率（QE）**的优化策略进行了深入的探讨，并提供了大量的数学模型来量化不同像素架构（如背照式BSI、堆栈式）的性能差异。我尤其欣赏其对**读取噪声**和**暗电流**的系统性分析，这对于理解为什么在低光照环境下图像质量会急剧下降至关重要。对于任何一个从事计算摄影或高级图像处理算法开发的人来说，这本书提供了不可或缺的底层知识支撑。它将复杂的电子学原理转化为清晰的工程参数，是连接“光”与“数据”之间的桥梁。它不会教你如何拍照，但它会告诉你相机内部的“眼睛”是如何真正“看见”世界的，其深度足以让专业人士感到挑战和充实。

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这部关于**摄影器材设计**的著作，无疑为那些痴迷于光学原理和镜头构造的读者打开了一扇深入探索的大门。作者以极其严谨的态度，剖析了现代影像捕捉技术背后的复杂物理学。书中详尽地阐述了如何通过精密的光线追踪模拟，来预测和修正各种光学畸变，特别是那些影响高分辨率成像质量的关键因素。我尤其欣赏其对不同材质玻璃折射率的细致对比，以及如何在有限的镜片组中实现最佳的色散控制。对于希望从根本上理解相机镜头如何工作的工程师或高级爱好者来说，这不仅仅是一本参考书，更像是一份详尽的蓝图。它没有过多涉及美学或实际拍摄技巧，而是将重点完全放在了**物理光学层面**的精妙构建上，力求揭示“清晰”背后的数学逻辑和工程挑战。我尝试对比了好几本同类书籍，发现只有这一本，敢于用如此多的篇幅来讨论**非球面镜片**的自由曲面设计与制造公差对最终成像锐度的影响。读完此书，我开始对市面上那些“高性价比”镜头的内部结构有了更审慎的看法，深知优质光学性能的达成需要多么巨大的研发投入与工艺精度。

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这本**探讨精密机械加工在高端设备制造中的应用**的书籍，以一种近乎偏执的细致程度，描绘了现代制造流程的每一个环节。从原材料的晶体生长控制，到亚微米级别的研磨抛光技术，作者似乎没有放过任何一个可能影响最终产品性能的细节。书中对于**超净室环境**下的操作规范和污染控制标准，进行了非常详尽的案例分析，这对于理解为何某些顶级设备价格高昂的原因，提供了无可辩驳的佐证。我特别关注了其中关于**镀膜技术**的一章，它不仅仅停留在化学成分的罗列，而是深入到多层介质膜干涉的理论基础，以及如何通过精确控制堆叠层数来消除特定波段的光反射。对于那些将制造工艺视为艺术的读者来说，这本书提供了丰富的工业美学视角。它展现了人类如何通过对微观尺度的绝对掌控，去实现宏观上对完美性能的追求。虽然文字风格略显枯燥，但其提供的技术深度是毋庸隔阂的，它成功地将复杂的**材料科学**与实际的工业生产紧密地结合在了一起。

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我最近翻阅的这本**关于早期电影摄影机历史演变**的文献，带给我一种穿越时空的感觉。它并未过多关注光学的技术细节，而是将焦点放在了技术在艺术媒介中的应用轨迹上。书中详细记录了从机械感光片时代到电子传感器普及前夜，**胶片载体与成像系统**的相互制约与共同发展。作者通过梳理那些被历史遗忘的专利和设计草图，展现了早期电影先驱们在面对有限技术条件时所迸发出的惊人创造力。比如，书中对某些早期变焦机构的机械原理分析，就显得尤为精妙，那时的工程师们是如何巧妙地利用齿轮和凸轮来实现平滑的焦距过渡，着实令人叹服。此外，书中穿插的大量历史访谈片段，为冰冷的技术发展史增添了人情味，让我们得以一窥那些创造者们对“运动的幻象”的执着。总而言之，这是一部将**媒介考古学**与**工程史**完美融合的佳作，它提醒我们，每一次技术飞跃背后，都凝聚着无数匠人的心血与梦想。

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读完这本**探讨人类视觉感知与大脑处理机制**的神经科学专著，我才真正意识到，我们所“看到”的世界，远比传入眼睛的光线复杂得多。这本书的视角完全架空于硬件和设备之外，直指我们大脑如何对视觉信息进行**实时重建、填充和修正**。作者用大量的实验数据解释了“盲点”是如何被无缝“填补”的，以及色彩恒常性背后的复杂神经回路。书中关于**运动感知**的章节尤其引人入胜，它揭示了为什么我们的大脑能够轻松分辨快速移动物体的轨迹，而普通的电子设备却需要复杂的算法才能做到这一点。这本书极大地拓宽了我对“成像”这个概念的理解——它不再仅仅是光学或电子学的范畴，而是深深植根于我们生物构造之中。如果你想了解为什么有些画面会让人感到“不自然”或者“有冲击力”，这本书提供了从**心理物理学**角度的深刻见解。它强有力地论证了，最完美的成像系统，终究是进化赋予我们的大脑本身。

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