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上海光學(xué)儀器廠，曾經(jīng)為發(fā)展民族工業(yè)，填補國內(nèi)空白，奠定了國家光學(xué)工業(yè)的系列化， 并先后與德國蔡司-歐波同（ZEISS-OPTON）、徠卡（LEICA）等國際著名光學(xué)公司合作生產(chǎn)各類精密光學(xué)儀器。

顯微鏡新技術(shù)-膨脹顯微技術(shù)

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膨脹顯微技術(shù)膨這種技術(shù)看上去非常不可思議，這個概念的基礎(chǔ)是希望采用普通顯微鏡能觀察到大腦內(nèi)分子細(xì)節(jié)，這個感覺和2014年諾貝爾化學(xué)獎的技術(shù)類似，但采用的策略完全不同。這種技術(shù)被稱為膨脹顯微技術(shù)，使用的材料竟然是常見用于尿不濕的吸水材料。MIT神經(jīng)工程師Edward Boyden和兩位同事Fei Chen和Paul Tillberg，共同發(fā)明了這一技術(shù)。膨脹顯微技術(shù)是一種超分辨顯微鏡技術(shù)，三名科學(xué)家獲得2014年的諾貝爾化學(xué)獎就是解決的這一問題，因為他們都突破了1873年德國物理學(xué)家Ernst Abbe提出的光學(xué)顯微鏡分辨率200納米的極限，這是所謂最短可見關(guān)波長的50%長度，任何不超過這一長度的兩個光點都無法在光學(xué)顯微鏡中被區(qū)分。

這次他們采用的策略和過去的不同，他們是在不影響所有結(jié)構(gòu)相對位置的前提下，將大腦組織進行膨脹，簡單地說就是先將被觀察的目標(biāo)進行三維等比例放大，然后進行觀察，所采用的材料就是制作尿不濕的材料。他們利用這個技術(shù)用普通光學(xué)顯微鏡獲得了大腦的超分辨率顯微鏡圖片。因為這種技術(shù)更簡單方便，而且經(jīng)濟實惠，意味著這種可能會被更廣泛使用。獲得2014年諾貝爾化學(xué)獎的超級顯微鏡技術(shù)是利用時間換空間，利用目標(biāo)在不同時間發(fā)出熒光，將所有時間內(nèi)采集的圖片用計算機進行疊加，以獲得足夠的空間分別率。這種技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)能將光學(xué)顯微鏡的分辨率從200納米逼近20納米，但是這種技術(shù)需要昂貴的專門設(shè)備，而且在一些厚度大的結(jié)構(gòu)如大腦組織和腫瘤組織切片難以實現(xiàn)。Boyden等許多神經(jīng)科學(xué)家都一直希望能獲得高清晰的腦組織結(jié)構(gòu)如神經(jīng)突觸蛋白分布的圖片。Boyden在最近NIH的會議上告訴參加會議的代表，他們解決的策略就是設(shè)法將結(jié)構(gòu)進行放大。為實現(xiàn)這一目的，他的團隊使用一種化學(xué)物質(zhì)丙烯酸脂，丙烯酸鹽有兩種重要特征，一是能形成一個密集的網(wǎng)絡(luò)，可將蛋白質(zhì)分子束縛在網(wǎng)格內(nèi)，另外一個特征是遇到水可以腫脹。丙烯酸鹽是一種吸水物質(zhì)，是制造尿不濕的關(guān)鍵材料。在這種材料的幫助下，大腦組織的每個方向都可以均勻增加4.5倍左右。

浸水膨脹前，組織先用化學(xué)試劑處理成透明，然后將特定蛋白結(jié)合的熒光分子和丙烯酸鹽一起擴散到組織內(nèi)，這時就好像是沒有吸水的尿不濕一樣，然后加水處理后，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)膨脹起來，膨脹過程中，結(jié)合熒光分子的蛋白質(zhì)和其他結(jié)構(gòu)等比例膨脹，一些因為距離太小無法分辨的分子就能達到可分辨距離。Boyden建議這個技術(shù)用于區(qū)分相互距離為60納米的分子。當(dāng)然在膨脹過程中，分子之間可能存在一定的誤差，但這個變化非常小，Boyden小組計算的誤差在1–4%左右，這不影響效果。膨脹顯微鏡技術(shù)有一些指標(biāo)和超分辨顯微鏡很接近，例如他們曾經(jīng)測量過神經(jīng)突觸前后膜上的兩個蛋白，他們的數(shù)據(jù)和超分辨光學(xué)顯微鏡的結(jié)果很接近。這種技術(shù)在分析復(fù)雜的三維組織結(jié)構(gòu)方面有更大優(yōu)點，Boyden在會議上展示料一個大約半毫米厚度的小鼠海馬結(jié)構(gòu)，能清楚顯示相鄰神經(jīng)元之間的相互聯(lián)系。放大的圖片中甚至可以看到神經(jīng)突觸的結(jié)構(gòu)。Boyden小組已經(jīng)用這種技術(shù)研究了果蠅和斑馬魚的大腦，一個合作單位準(zhǔn)備用這個技術(shù)研究人類的大腦。

加州理工學(xué)院神經(jīng)科學(xué)家Viviana Gradinaru認(rèn)為，Boyden的技術(shù)通過改進樣本處理方法，提供了一種新的突破技術(shù)局限的研究模式，是非常好的辦法。2013年，Gradinaru和斯坦福大學(xué)Karl Deisseroth小組合作報道了一種大腦組織透明化技術(shù)，他們的辦法是將組織中的脂肪等分子從腦組織中溶解掉，保留蛋白成分，從而實現(xiàn)對厚組織進行光學(xué)顯微鏡觀察的目的。澳大利亞悉尼大學(xué)顯微鏡專家Guy Cox認(rèn)為這是非常好的技術(shù)，但是如何具體使用仍不太清楚。2014年諾貝爾化學(xué)獎獲得者之一馬普研究所主任Stefan Hell認(rèn)為這個技術(shù)非常有意思，值得研究。他提出羅斯托克大學(xué)1990年代曾經(jīng)有科學(xué)家提出過類似思路，但沒有成功，Boyden找到了解決問題的方法。

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掃描探針顯微鏡應(yīng)用

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掃描探針顯微鏡的技術(shù)核心在于它具有極高的可控空間定位精度，因而使得它不但具有極高的分辨率，而且具有極高的操縱和加工精度（可實現(xiàn)單原子操縱）。
我國在該領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作起步很早，中國科學(xué)院化學(xué)研究所自1987年起先后研制成功了我國的第一臺掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡，激光檢測原子力顯微鏡等掃描探針顯微鏡儀器，并廣泛和深入地開展相關(guān)應(yīng)用研究，先后獲得國家科技進步二、三等獎，中科院科技進步一、二等獎等和國家發(fā)明專利多項。自1989年起，中科院化學(xué)所本原納米儀器公司批量生產(chǎn)相關(guān)儀器，其中CSTM/CSPM系列掃描探針顯微鏡累計產(chǎn)銷百余臺，裝備了我國（包括港、臺地區(qū)）和美國、日本、新加坡等一批高水準(zhǔn)的實驗室并取得了大量高水平的應(yīng)用成果。經(jīng)過20年的發(fā)展，迄今掃描探針顯微鏡家族已經(jīng)包括了20多種儀器，并且一直還在發(fā)展之中。表1為目前國際上應(yīng)用較廣、也相對比較成熟的幾種掃描探針顯微鏡儀器。

掃描探針顯微鏡也許是所有顯微鏡中用途最廣泛的一類。有了掃描隧道顯微鏡、掃描探針顯微鏡和原子力顯微鏡，物質(zhì)的幾乎一切物理性質(zhì)都可以被探測到：材料的磁性、電容、表面勢、熱學(xué)特性、聲學(xué)特性等等性質(zhì)，都有專門的SPM 可供來研究他們?，F(xiàn)在，AFM 發(fā)展到了可以配備軟懸臂和納米級針尖，生物學(xué)家可以用這種AFM 去研究原始生理環(huán)境下細(xì)胞和大分子的功能性質(zhì)。離子電導(dǎo)顯微鏡可以用來測量神經(jīng)元中膜通道蛋白的離子電流；AFM 可以表征受體與其配體的分子間作用力。
雙螺旋結(jié)構(gòu)在自然界中很常見：外太空星云的共軸雙螺旋結(jié)構(gòu)、植物莖的相互纏繞、面食中的支鏈淀粉、無機晶體、當(dāng)然還有包含基因信息的DNA。Leonardo da Vinci 設(shè)計的優(yōu)雅的雙螺旋狀樓梯是法國香波堡的建筑特色之一，這個樓梯的設(shè)計靈感來自筆者母校雷丁大學(xué)化學(xué)系一個類似的樓梯。顯微鏡已經(jīng)成為分子生物學(xué)家的重要研究工具。眾所周知，DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)是由X射線衍射圖樣得到的?？茖W(xué)家通過透射電子顯微鏡探測到信使RNA（一種可以與核糖體結(jié)合，并引導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的核酸）與源DNA 的雜交：DNA 的許多區(qū)域沒有雜交結(jié)合，形成了內(nèi)含子循環(huán)；進而確定了外顯子和內(nèi)含子的存在。隨著SPM 的誕生，現(xiàn)在分子生物學(xué)家有了另一類表征生物大分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的工具。軟懸臂可以原生態(tài)地在生理溶劑中觀察DNA 的雙螺旋結(jié)構(gòu)。通過使用能結(jié)合四種DNA 堿基類型的功能針尖，AFM 可以用來排列DNA。
范德瓦耳斯力是分子間除了共價鍵、氫鍵、靜電相互作用之外的吸引力和排斥力的總和。這些力雖然很微弱，卻是AFM 得以工作的關(guān)鍵。在僅有數(shù)納米長的距離尺度上，范德瓦耳斯力強到足以使懸臂針尖偏轉(zhuǎn)。最近，這個效應(yīng)使得化學(xué)力的測量得以實現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上可以在原子精度上分辨合金表面的硅、錫、鉛，這樣又為SPM 家族的樂章增添了新的音符。

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不連續(xù)光驅(qū)動數(shù)字微流體技術(shù)

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不連續(xù)光驅(qū)動數(shù)字微流體技術(shù)
多通道并行的高通量化學(xué)或者生物反應(yīng)是未來系統(tǒng)生物學(xué)的方向，這里反應(yīng)體系要求非常小，最好是單細(xì)胞或者單細(xì)胞器如細(xì)胞核或者線粒體。單細(xì)胞和單分子技術(shù)的結(jié)果已經(jīng)證明生物的復(fù)雜疾病如癌癥等具有分子，細(xì)胞，組織和個體的多態(tài)性，即同一個癌癥病人的病變細(xì)胞本身就不一樣，每個病變細(xì)胞的分子病因還不相同，不同的癌癥病人就更不一樣，因此催生了個性化治療的概念。小液滴數(shù)字微流體技術(shù)就是一種可以對微量體積的液滴進行操作的技術(shù)，如液滴的移動，合并，分開等。微流體技術(shù)的另一種方法是利用連續(xù)的微量流體孔道，比如在載玻片表面蝕刻上很多孔道，孔道可以是線形或者弧形等各種形狀，然后不同成分的溶液在開關(guān)的控制下流動，比如在一個反應(yīng)體系中流入不同的底物和離子濃度等觀察酶催化反應(yīng)的變化。而小液滴的微流體技術(shù)是不連續(xù)的微流體技術(shù)，就像數(shù)學(xué)或統(tǒng)計中連續(xù)方程或分布和離散方程或分布一樣，小液滴的微流體技術(shù)使不同液滴之間的組分隔離更好，而連續(xù)微流體很難分離期中的一部分進行分析，因為液體都是連續(xù)的，擴散效應(yīng)使連續(xù)通道的組分按照高濃度到低濃度迅速平衡。這里無法說哪個更好或更壞，只是彼此的應(yīng)用范圍不同，需要按照試驗的要求選擇是連續(xù)微流體還是小液滴的非連續(xù)微流體技術(shù)。小液滴微流體可以通過光驅(qū)動液滴(體積在幾個納升到微升之間)在裝置平面做納米級的定向運動。這個裝置有很多優(yōu)勢如：很容易加工，實時操作，大尺度的運動。我相信未來這是一個非常好的lab-on-a-chip的方法。舉個簡單的例子，比如我們要做3C技術(shù)， 把細(xì)胞通過微流體技術(shù)分開，使每個小液滴只有一個細(xì)胞，流動細(xì)胞使細(xì)胞與有膜變形的液滴的如有Triton或者一起變形的液滴融合，變性劑使細(xì)胞膜破碎，然后馬上移動液滴與有4%paraformaldehyde的小液滴融合，這樣蛋白質(zhì)與DNA的構(gòu)型都被fix，然后移動液滴并與有DNA酶的液滴融合進行DNA酶消化，再移動野液滴的與有DNA連接酶的液滴融合然后直接進行測序。整個過程都在Chip上進行，減少人為的實驗誤差和節(jié)省人力，，實驗可重復(fù)性應(yīng)該更好。

圖解：特富龍(Teflon)(特氟龍、鐵氟龍、聚四氟乙烯)是美國杜邦公司對其研發(fā)的所有碳?xì)錁渲目偡Q，包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及各種共聚物，這一層是疏水層。ITO：indium tin oxide， ITO可以coat在玻璃表面。a-Si：H是非晶硅(Amorphous silicon， a-Si)，又名無定形硅，是硅的一種同素異形體，這一層也是有光敏感電極的作用。.紅紅的一團就是光照區(qū)域，這個區(qū)域在非晶硅區(qū)誘導(dǎo)高導(dǎo)電性和光照區(qū)域內(nèi)地電場，對液滴產(chǎn)生作用力推動它的移動。圖中的虛線是電場線。

小液滴可以被有規(guī)則的排列成各種形狀。

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顯微鏡攝像頭的工作原理和圖像緩存技術(shù)

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攝像頭的工作原理大致為：
景物通過鏡頭(LENS)生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片(DSP)中加工處理，再通過USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過顯示器就可以看到圖像了。
一直以來，人們都在尋找提高圖像分辨率的技術(shù)來提高顯微鏡的應(yīng)用。 特別是在信息技術(shù)飛快發(fā)展的今天，軟件技術(shù)確實給顯微成像領(lǐng)域帶來了不少的驅(qū)動力，最起碼使得顯微鏡攝像頭的功能越來越強大，實現(xiàn)許多研究人員根據(jù)自己的實際應(yīng)用來DIY的愿望。

對于應(yīng)用在顯微鏡上的攝像頭和其它的攝像頭不一樣，一般分為CCD和CMOS兩種系列。而CCD的成像效果好，但價格貴，對于CMOS，是價格便宜，但是成像效果遠(yuǎn)沒有CCD的優(yōu)秀。無論是在成像質(zhì)量或者穩(wěn)定性上CCD都比CMOS要出色。對于那些有較高顯微觀察需求的專業(yè)人士，在圖像預(yù)覽速度和穩(wěn)定性方面很重視。

現(xiàn)在，為了進一步提升CCD電子數(shù)碼攝像頭的性能和穩(wěn)定性，國內(nèi)有公司利用圖像緩存技術(shù)應(yīng)用到CCD顯微鏡攝像頭上，來使其的性能一部提升，例如MSHOT的這款顯微鏡攝像頭 MC20-N （CCD系列/采用索尼的2/3 CCD 彩色/黑白芯片），就是采用了圖像緩存技術(shù)的CCD顯微鏡攝像頭。它們這款攝像頭采用的是16M圖像緩存技術(shù)，根據(jù)我們的測試 除了在提升圖像預(yù)覽速度外，還有一個很大的特色就是，有非常出色的低噪聲。

CCD攝像頭結(jié)合圖像緩存技術(shù)確實是個非常的事情，因為它可以給CCD攝像頭帶來性能上的提升，日后該技術(shù)將會在顯微成像領(lǐng)域流行開來，特別是在我們國內(nèi)，或許會有更多公司會加入到這一技術(shù)陣營。我們都知道顯微成像的主流技術(shù)都是有德國，美國，日本主導(dǎo)的。

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選擇我們需要的顯微鏡

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顯微鏡的種類很多，總的分為體視顯微鏡和視頻顯微鏡，體視顯微鏡現(xiàn)在都被視頻顯微鏡代替，相比較之下，視頻顯微鏡的放大倍數(shù)比體視顯微鏡要大，所以如果要測量的話，誤差就小了。根據(jù)你要求的放大倍數(shù)來選擇顯微鏡，一般看一些比較大的工件，只要普通的視頻顯微鏡或者體視顯微鏡就可以了，如果是要看工件上的劃絲，銹跡，損傷之類的，就要用視頻顯微鏡比較好，放大倍數(shù)幾十倍到幾百倍，如果是要看金屬的組織成分，必須用到金相顯微鏡，看細(xì)胞有生物顯微鏡。

我記得那還是2003年，一位電子顯微鏡組件經(jīng)理告訴我：“光學(xué)顯微鏡當(dāng)然也存在相差，但是這種相差可以通過增加透鏡來矯正。但非常不幸的是，制作一個電磁透鏡來矯正透射電鏡存在的相差是不可能的，要保證透鏡的完美同樣也是不可能的。”在很長一段時間，這確實是電鏡使用者每天都必須面對的現(xiàn)實。2006年在札幌的IMC上，首份電鏡的修正數(shù)據(jù)被展示出來，并且在2012的EMC上，我的同事聲明他自己的報告是唯一一份“沒有展示矯正數(shù)據(jù)”的報告?；谏鲜龅倪@些發(fā)展和圖像的清晰度，大家會不禁自問，“如果每個人都能得到一張清晰的圖像，那為什么我不能？”但如果是我，經(jīng)常有那么一秒，會有一個聲音出現(xiàn)，“我真的需要它嗎？我會要用它嗎？”

圖解：二氧化鈰納米顆粒，300kv相差矯正TEM拍攝雖然我知道周圍許多研究人員非常熱衷于這些，但是我們研究所卻并沒有立刻置辦一套矯正儀器?？赡苡腥藭栯y道我們不想得到最清晰的顯微圖像嗎？但我認(rèn)為我們需要先弄清一些問題，“誰真正需要這套矯正設(shè)備？設(shè)備是否使用頻繁？我們擁有這套設(shè)備的意義到底是什么？”就我目前所了解的情況來看，置辦一套相差矯正設(shè)備至少需要具備如下條件：
1重要的基礎(chǔ)設(shè)施投入以滿足設(shè)備的運行
2至少一位有能力的全時操作人員
3重要的服務(wù)委托
4一系列使用者來提供設(shè)備運行的資金支持。

如果這四個條件沒有具備，或者即使都具備了，一個只是從表面上判定出的好想法也不一定真正能夠?qū)崿F(xiàn)。再用汽車這個例子做類比，一輛跑車也許非常適合賺取回頭率，但是一個家庭95%的汽車使用時間都是日常出行或者接送孩子上下學(xué)，跑車顯然在這些方面不具備實用性和靈活性。同樣的道理，選擇本來每加侖燃油能跑35-45英里的大轎子車或者MPV就可以完成的日?；顒?，你非要選擇每加侖燃油只能跑7英里的悍馬就確實有點過分了。
我對矯正TEMs技術(shù)十分的尊重，但同時也必須對這個圖像識別的方法進行必要的反駁。如果你使用正確的方法（詳見之前的郵件）制備出足夠好的樣品，并且儀器設(shè)備完全符合你的實驗設(shè)計，它是完全能夠為你呈現(xiàn)出具有亞納米尺度分辨率的精彩圖像的。SALVE（亞埃米低電壓電子顯微鏡）項目就一個典型例證，它目前在碳材料領(lǐng)域具有特殊的用途。

圖解：SALVE顯微鏡拍攝的石墨烯片層圖像。
當(dāng)然，矯正設(shè)備在日?；A(chǔ)應(yīng)用和研究領(lǐng)域還有很多應(yīng)用，其中許多應(yīng)用（例如超級STEM）大家都能夠從開放存取方案中進一步了解。講到這里，請大家千萬不要誤解我對于晶體清晰圖像的喜愛，我確實非常非常喜歡這個想法。但我同時認(rèn)為，這樣的清晰圖像對大多數(shù)情況下的大多數(shù)樣品來說都是沒有必要的，尤其對那些不達標(biāo)的樣品。對這個問題我們確實應(yīng)該有個清楚的認(rèn)識，并且應(yīng)該購買我們需要的而不是想要的儀器。

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數(shù)字圖像處理技術(shù)為航天和醫(yī)療事業(yè)的貢獻

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圖像是人類獲取和交換信息的主要來源，因此，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及到人類生活和工作的方方面面。隨著人類活動范圍的不斷擴大，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域也將隨之不斷擴大，主要包括：
（一）航天和航空技術(shù)方面
從60年代末以來，美國及一些國際組織發(fā)射了資源遙感衛(wèi)星（如LANDSAT系列）和天空實驗室（如SKYLAB），由于成像條件受飛行器位置、姿態(tài)、環(huán)境條件等影響，圖像質(zhì)量總不是很高。因此，以如此昂貴的代價進行簡單直觀的判讀來獲取圖像是不合算的，而必須采用數(shù)字圖像處理技術(shù)。如LANDSAT系列陸地衛(wèi)星，采用多波段掃描器（MSS，在900km高空對地球每一個地區(qū)以18天為一周期進行掃描成像，其圖像分辨率大致相當(dāng)于地面上十幾米或100米左右（如1983年發(fā)射的LANDSAT-4，分辨率為30m）。這些圖像在空中先處理（數(shù)字化，編碼）成數(shù)字信號存入磁帶中，在衛(wèi)星經(jīng)過地面站上空時再高速傳送下來，然后由處理中心分析判讀。許多國家也每天派出很多偵察飛機對地球上有興趣的地區(qū)進行大量的空中攝影。對由此得來的照片進行處理分析，用配備有高級計算機的圖像處理系統(tǒng)來判讀分析，既節(jié)省人力，又加快了速度，還可以從照片中提取人工所不能發(fā)現(xiàn)的大量有用情報。
這些圖像無論是在成像、存儲、傳輸過程中，還是在判讀分析中，都必須采用很多數(shù)字圖像處理方法?，F(xiàn)在世界各國都在利用陸地衛(wèi)星所獲取的圖像進行資源調(diào)查（如森林調(diào)查、海洋泥沙和漁業(yè)調(diào)查、水資源調(diào)查等），災(zāi)害檢測（如病蟲害檢測、水火檢測、環(huán)境污染檢測等），資源勘察（如石油勘查、礦產(chǎn)量探測、大型工程地理位置勘探分析等），農(nóng)業(yè)規(guī)劃（如土壤營養(yǎng)、水份和農(nóng)作物生長、產(chǎn)量的估算等），城市規(guī)劃（如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水源及環(huán)境分析等）。除了JPL對月球、火星照片的處理之外，許多國家每天派出很多偵察飛機對地球上有興趣的地區(qū)進行大量的空中攝影。對由此得來的照片進行處理分析，以前需要雇用幾千人，而現(xiàn)在改用配備有高級計算機的圖像處理系統(tǒng)來判讀分析，既節(jié)省人力，又加快了速度，還可以從照片中提取人工所不能發(fā)現(xiàn)的大量有用情報。
我國也陸續(xù)開展了以上諸方面的一些實際應(yīng)用，并獲得了良好的效果。如，上海浦東新區(qū)繼2003年第一次運用遙感技術(shù)對河道及水面積進行了調(diào)查后，2004年進行了復(fù)測，通過數(shù)字圖像處理，及時發(fā)現(xiàn)了水面積減少的問題，并且引起了重視。再比如，通過遙感衛(wèi)星影像分析結(jié)合實地考察，由中國科學(xué)院、中國林業(yè)科學(xué)研究院、甘肅省治沙研究所、蘭州大學(xué)等單位聯(lián)合組織的庫姆塔格沙漠科考隊，初步探明庫姆塔格沙漠的精確面積為22917.2平方公里。在目前石油資源缺乏的大背景下，數(shù)字圖像處理技術(shù)更是在石油勘探方面發(fā)揮了不可忽視的作用。中國石油勘探開發(fā)研究院石油遙感所，先后在塔里木、四川、中原、柴達木、冀東、南方14省中小盆地等開展地質(zhì)研究，還有對東北裂谷、百色盆地等區(qū)域開展的遙感構(gòu)造地質(zhì)研究與油氣資源評價，為油氣勘探提供了重要的參考依據(jù)。
（二）其他領(lǐng)域的應(yīng)用
數(shù)字圖像處理在生物醫(yī)學(xué)工程、通信工程、工業(yè)和工程、軍事公安、文化藝術(shù)、機器人視覺、視頻和多媒體系統(tǒng)、科學(xué)可視化、電子商務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用也十分廣泛，而且很有成效。醫(yī)用顯微圖像的處理分析以及在X光肺部圖像增晰、超聲波圖像處理、心電圖分析、立體定向放射治療等醫(yī)學(xué)診斷方面都廣泛地應(yīng)用圖像處理技術(shù)；將電話、電視和計算機以三網(wǎng)合一的方式在數(shù)字通信網(wǎng)上傳輸并傳送彩色圖像信號必須通過圖像處理采用編碼技術(shù)來壓縮信息；圖像處理技術(shù)也對自動裝配線中檢測零件的質(zhì)量、印刷電路板疵病檢查以及彈性力學(xué)照片的應(yīng)力分析作出了很大貢獻；公安業(yè)務(wù)圖片的判讀分析，指紋識別，人臉鑒別，不完整圖片的復(fù)原，以及交通監(jiān)控、事故分析都涉及到圖像處理技術(shù)。

文章來源于：http://www.shoif.com/old_version/現(xiàn)代數(shù)字圖像處理技術(shù)在各個領(lǐng)域內(nèi)所獲得成就.shtml

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現(xiàn)代數(shù)字圖像處理技術(shù)的優(yōu)點

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現(xiàn)代數(shù)字圖像處理技術(shù)的優(yōu)點
隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字圖像處理已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了人類社會生活的各個方面，如：遙感，工業(yè)檢測，醫(yī)學(xué)，氣象，通信，偵查，智能機器人等。無論在哪個領(lǐng)域中，人們喜歡采用圖像的方式來描述和表達事物的特性與邏輯關(guān)系，因此，數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展及對其的要求就越來顯得重要。
（一）再現(xiàn)性好
數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同在于，它不會因圖像的存儲、傳輸或復(fù)制等一系列變換操作而導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化。只要圖像在數(shù)字化時準(zhǔn)確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過程始終能保持圖像的再現(xiàn)。
（二）處理精度高
按目前的技術(shù)，幾乎可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組，這主要取決于圖像數(shù)字化設(shè)備的能力?，F(xiàn)代掃描儀可以把每個像素的灰度等級量化為16 位甚至更高，這意味著圖像的數(shù)字化精度可以達到滿足任一應(yīng)用需求。對計算機而言，不論數(shù)組大小，也不論每個像素的位數(shù)多少，其處理程序幾乎是一樣的。換言之，從原理上講不論圖像的精度有多高，處理總是能實現(xiàn)的，只要在處理時改變程序中的數(shù)組參數(shù)就可以了。回想一下圖像的模擬處理，為了要把處理精度提高一個數(shù)量級，就要大幅度地改進處理裝置，這在經(jīng)濟上是極不合算的。
（三）適用面寬
圖像可以來自多種信息源，它們可以是可見光圖像，也可以是不可見的波譜圖像(例如X 射線圖像、射線圖像、超聲波圖像或紅外圖像等) 。從圖像反映的客觀實體尺度看，可以小到電子顯微鏡圖像，大到航空照片、遙感圖像甚至天文望遠(yuǎn)鏡圖像。這些來自不同信息源的圖像只要被變換為數(shù)字編碼形式后，均是用二維數(shù)組表示的灰度圖像(彩色圖像也是由灰度圖像組合成的，例如RGB 圖像由紅、綠、藍(lán)三個灰度圖像組合而成) 組合而成，因而均可用計算機來處理。即只要針對不同的圖像信息源，采取相應(yīng)的圖像信息采集措施，圖像的數(shù)字處理方法適用于任何一種圖像。
（四）靈活性高
圖像處理大體上可分為圖像的像質(zhì)改善、圖像分析和圖像重建三大部分，每一部分均包含豐富的內(nèi)容。由于圖像的光學(xué)處理從原理上講只能進行線性運算，這極大地限制了光學(xué)圖像處理能實現(xiàn)的目標(biāo)。而數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運算，而且能實現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學(xué)公式或邏輯關(guān)系來表達的一切運算均可用數(shù)字圖像處理實現(xiàn)。

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觀察顯微鏡下的蒿屬植物葉片

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觀察顯微鏡下的蒿屬植物葉片
蒿屬植物種類較多，分布較廣，不同種間形態(tài)特征重疊，對于蒿屬及其鄰近屬的分類與系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系不甚明了；本屬植物的應(yīng)用價值體現(xiàn)在藥用、食用、牲畜飼用和防風(fēng)固沙等方面。為了輔助分析艾蒿、臭蒿、黃花蒿三種蒿屬植物揮發(fā)性物質(zhì)的差異，分別拍攝了艾蒿、臭蒿、黃花蒿三種蒿屬植物葉片正反面的形態(tài)圖和葉片正反面的顯微圖，如圖1所示。從艾蒿、臭蒿、黃花蒿三種蒿屬植物葉片正反的形態(tài)圖可以清楚的觀察到葉片羽狀深裂呈齒狀。艾蒿葉片較大，羽狀深裂呈披針形，羽狀葉片較寬較長，葉頂端呈針尖狀。臭蒿葉片較小，羽狀分裂，羽狀葉片裂片長圓形較短較寬，有鋸齒，小裂片呈線狀披針形，葉頂端呈圓形。黃花蒿葉片分叉較多，羽狀深裂，裂片長橢圓狀卵形且較細(xì)較長，再次分裂，小裂片邊緣具有多枚長三角形或著三角形深裂齒，裂片矩圓形或著長橢圓形，兩面被短毛，葉頂端呈針尖狀；艾蒿葉片正面為深綠色，背面為白色。臭蒿葉片正面為淺綠色，背面呈白色。黃花蒿葉片正面為深綠色，背面為淺綠色。

從艾蒿、臭蒿、黃花蒿三種蒿屬植物葉片正反面的顯微圖可以清楚的觀察到，艾蒿葉片正面為深綠色，有白色腺點和少量白色短柔毛，葉片背面有大量而密度較小的密被灰白色蛛絲狀密絨毛而呈白色，并有白色腺點；臭蒿葉片正面為淺綠色，有白色腺點和許多柔毛，葉片背面有大量而密度較大的腺毛狀短柔毛而呈白色，還有許多白色腺點；黃花蒿葉片為暗綠色，但葉片正面比其葉片反面顏色較深，葉片兩面有短毛和橢圓形的氣孔。葉片正面和反面均布滿腺毛和非腺毛，腺毛呈橢圓形，T形非腺毛位于葉脈附近。葉面均有大量有白色腺點，但葉片反面有白色腺點較正面較多。

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顯微鏡物鏡種類中消色差物鏡詳解

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物鏡種類：根據(jù)物鏡校正原理的不同，顯微鏡物鏡通常分為以下幾種物鏡：消色差物鏡類，包括消色差物鏡和復(fù)消色差物鏡、以及平像場物鏡和消色差物鏡的綜合平場復(fù)消色差物鏡、折射和折反射物鏡等。
一、消色差物鏡消色差物鏡是一種結(jié)構(gòu)簡單明了應(yīng)用最為廣泛的顯微鏡物鏡。消色差物鏡的設(shè)計只需要校正鏡片的球差、正弦差和一般的單色光像差，而不校正復(fù)色像差，所以被稱為消色差物鏡。而這類物鏡的分類，則根據(jù)它的放大倍率和物鏡的數(shù)值孔徑的不同分為低、中、高倍和浸液消色差物鏡。
1 低倍消色差物鏡
這類物鏡一般應(yīng)用于放大倍率低（放大倍率大約為4×-3×）、數(shù)值孔徑小（數(shù)值孔徑大約在1.0左右）、視場小的場合（對應(yīng)的相對孔徑大約為41左右）。由于相對孔徑不大，視場比較小，所以低倍物鏡的設(shè)計只要求校正球差、慧差和軸向色差。求解的關(guān)鍵是則是選擇合適的玻璃組合，以便能同時校正這三種色像差。因此結(jié)構(gòu)最為簡單雙膠合透鏡就成為低倍消色差物鏡光學(xué)設(shè)計的首選物鏡。而這款顯微鏡物鏡的設(shè)計方法與雙膠合望遠(yuǎn)鏡的物鏡的設(shè)計方法十分類似，這里就不再贅述；唯一不同的地方在于，物體成像的位置并不在理論上的無限遠(yuǎn)處，而是位于有限距離。
2 中倍消色差物鏡
中倍消色差物鏡又被稱為李斯特物鏡，它的的倍率大約為8×-12×，數(shù)值孔徑約為 0.2-0.3。最常用的李斯特物鏡的數(shù)值是：數(shù)值孔徑PN=0.25，倍率β=10x。 ?由于李斯特物鏡的數(shù)值孔徑相對低倍物鏡加大，對應(yīng)的相對孔徑也相應(yīng)增加，李斯特物鏡的孔徑高級球差將成倍增長，設(shè)計難度也有所提升，所以單單只采用一個雙膠合透鏡已經(jīng)不能滿足李斯特物鏡的設(shè)計要求了。李斯特物鏡的設(shè)計一般都會采用兩個雙膠合透鏡的組合形式從而達到減小該物鏡的孔徑高級球差的目的。如圖2.1－1所示，稱為李斯特物鏡。為了達到同時校正軸向色差和倍率色差的目的，我們使每個 雙膠合透鏡分別校正垂直的軸向色差，即雙膠合透鏡的Σψ/v=0這樣整個物鏡能同時校正軸向色差和倍率色差了。

3 高倍消色差物鏡
高倍消色差物鏡又被稱為阿西米物鏡，它的的倍率大約為60×-40×，數(shù)值孔徑約為0.6-0.8。最常用的阿西米物鏡的數(shù)值是：數(shù)值孔徑 NA=0.65，倍率40X。阿西米物鏡可以看作是在中倍物鏡的光學(xué)系統(tǒng)上，再加上一個或多個單會聚透鏡組成的，單會聚透鏡是無球差無慧差的。對于新加的半球形透鏡，前面是平面，后面是齊名面，也就是軸上的光線經(jīng)過前面折射以后與軸線的交點將位于后面的齊名面上。

圖3－2阿米西物鏡
因為在高倍鏡的設(shè)計過程中數(shù)值孔徑一直增大，所以我們利用在前鏡添加這種半球形 透鏡以達到目的。如圖3－3所示，假如U1為入射光線的徑角、經(jīng)平面折射后的徑角為 U1=U2、再經(jīng)過等暈面（第二面）折射后的徑角為U2，則第一面折射后，有：

如3－2（a）所示，前片可以看作是在中倍物鏡的光學(xué)系統(tǒng)上，再加上一個或多個單會聚透鏡（無球差無慧差）組成的。為了工作方便，實際上我們在物鏡與物平面之間留有一點空隙，產(chǎn)生的微量球差和慧差則可以在后面的兩個雙膠合透鏡組中補償，前片的色差也同樣用著兩個透鏡組補償。 ?由圖3－2（b）可見，兩個透鏡組都是由一個齊名面和一個平鏡組成，然而兩個透鏡組又有所不同，第一個透鏡組是不產(chǎn)生誤差的，而第二個透鏡組的第一面會產(chǎn)生球差和慧差，并且兩個透鏡組的疊加又會加大色差的產(chǎn)生，這些設(shè)計上不可避免的誤差都必須靠后面的的兩個雙膠合透鏡組來修正。
4 浸液物鏡顯微鏡物鏡種類中消色差物鏡詳解
如圖3-4所示的顯微物鏡我們稱之為浸液物鏡，因為它為了提高數(shù)值孔徑（NA），在蓋玻片與前片之間注滿油液，通常用杉木油。 ?因此在使油液的折射率與蓋玻片的折射率相近的同時，也滿足了我們對數(shù)值孔徑的要求。 ?其數(shù)值孔徑可以達到1.25-1.3，倍率為100×。

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