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出版者:Springer

作者:John C. Russ

出品人:

页数:470

译者:

出版时间:1990-4-30

价格:USD 149.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306434105

丛书系列:

图书标签:

• computer
• assisted
• 显微镜
• 计算机辅助
• 图像处理
• 生物医学工程
• 科学计算
• 生物技术
• 医学影像
• 数据分析
• 光学
• 仪器仪表

《微观世界的探索者：光学显微镜的原理与应用》 本书将带您踏上一段迷人的微观世界探索之旅，重点聚焦于光学显微镜这一人类观察细微至极的关键工具。我们不仅深入解析光学显微镜的基本构造和工作原理，更将详尽阐述其在各个学科领域中不可或缺的应用价值。 第一部分：光学显微镜的奥秘 第一章：显微镜的起源与发展 我们将追溯显微镜的诞生历程，从早期粗糙的放大装置，到伽利略、列文虎克等先驱的贡献，再到现代光学显微镜的精进。了解显微镜的发展史，能帮助我们更好地理解其设计理念和技术演进。 第二章：光学显微镜的成像原理 本章将详细讲解光学显微镜的核心——光的折射与衍射。我们将剖析透镜组的作用，包括物镜和目镜如何协同工作，放大图像并最终呈现在我们眼前。涉及的关键概念如放大倍数、分辨率、景深以及像差的成因与矫正，都将得到清晰的阐释，帮助读者理解为何显微镜能够揭示肉眼无法捕捉的细节。 第三章：光学显微镜的关键组件 我们将逐一介绍光学显微镜的各个组成部分，包括光源（卤素灯、LED灯等）、载物台（机械载物台、电动载物台）、调焦系统（粗准焦、细准焦）、聚光镜（阿贝聚光镜、西门聚光镜）、以及不同类型的目镜和物镜（消色差物镜、复消色差物镜）。每种组件的功能、特性以及如何对其进行正确操作和维护，都将一一说明。 第四章：不同类型光学显微镜的特点 除了最基础的明场显微镜，我们还将介绍其他重要的光学显微镜类型。例如，相衬显微镜（Phase Contrast Microscopy）如何将相位信息转化为亮度差异，从而观察无色透明的生物标本；微分干涉显微镜（Differential Interference Contrast Microscopy, DIC）如何利用光的干涉效应产生三维立体感的图像；以及荧光显微镜（Fluorescence Microscopy）如何利用特定波长的光激发荧光物质，实现对特定分子或结构的标记与观察。 第二部分：光学显微镜的应用实践 第五章：生命科学领域的革新 光学显微镜是生命科学研究的基石。本章将重点介绍其在细胞生物学、组织学、微生物学、遗传学等领域的广泛应用。例如，观察细胞结构、分析细胞分裂过程、识别病原微生物、研究染色体形态等。我们将结合具体的案例，展示显微镜如何帮助科学家们解开生命体内部的奥秘。 第六章：材料科学与工程的透视 在材料科学领域，光学显微镜同样扮演着至关重要的角色。本章将探讨其在分析材料表面形貌、晶体结构、缺陷以及测量材料尺寸等方面的应用。例如，检测金属合金的微观组织、评估聚合物材料的形态、分析陶瓷材料的晶粒尺寸等。 第七章：医学诊断与病理分析 医学是光学显微镜应用最为广泛的领域之一。本章将详细阐述显微镜在病理诊断、血液分析、微生物检测、寄生虫诊断等方面的作用。我们将展示病理医生如何利用显微镜下的细胞形态变化来诊断疾病，以及其在感染性疾病早期发现中的价值。 第八章：工业质控与失效分析 在现代工业生产中，质量控制和产品失效分析是确保产品可靠性的关键。本章将介绍光学显微镜在电子元器件的检测、印刷电路板（PCB）的检查、半导体器件的微观分析、以及机械部件的磨损和失效分析中的应用。 第九章：教育与科研的启蒙 光学显微镜不仅是专业研究的工具，也是培养科学素养的重要途径。本章将讨论显微镜在中学和大学的教学实验中的重要性，以及其在科学普及和早期科学教育中的作用。 第三部分：光学显微镜的操作与维护 第十章：显微镜的正确操作指南 本书将提供一套详尽的显微镜操作指南，从标本的制备（如涂片、切片、染色），到显微镜的开机、对焦、调节亮度，再到图像的采集与记录，每一个步骤都力求清晰明了。我们将强调操作的规范性，以确保获得最佳的观察效果。 第十一章：显微镜的日常维护与保养 一台性能优良的显微镜离不开精心的维护。本章将介绍显微镜的清洁方法（镜头的清洁、载物台的清洁）、防潮防尘措施、以及常见故障的排除方法。正确的维护可以延长显微镜的使用寿命，并保证其成像质量。 第十二章：显微镜的常见问题与解决方案 在使用过程中，显微镜可能会出现各种问题，如图像模糊、视野不均、光线不足等。本章将针对这些常见问题，提供实用的分析和解决方案，帮助使用者快速解决遇到的困扰。 通过对光学显微镜原理的深入剖析和在各领域的广泛应用介绍，本书旨在为读者提供一个全面而系统的理解框架，无论是初学者还是有一定经验的研究者，都能从中受益，掌握这一强大的科学工具，从而更深入地探索我们所处世界的微观奇迹。

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坦白说，这本书的数学深度并非为初学者准备的，但对于我们这些需要深入理解算法底层机制的工程师来说，它提供了一个罕有的、不打折扣的视角。书中对傅里叶光学在调制对比度（DIC）成像中如何影响图像形成过程的详细阐述，以及如何利用傅里叶域的特性来进行盲反卷积，其严谨程度远超我以往读过的任何一本关于光学成像的参考书。它没有回避复杂的数学推导，但推导过程的逻辑性极强，每一步的引入都有明确的物理或计算意义作为支撑。我发现自己必须时不时地停下来，查阅一些线性代数和优化理论的背景知识，但这种“主动学习”的体验非常好，因为它能让你真正掌握这项技术的“内功心法”，而不是仅仅停留在调用API的表面。特别是关于高维数据可视化和降维的章节，它不仅介绍了PCA和t-SNE，还引入了流形学习的概念，这对于处理来自高内涵筛选（HCS）平台的TB级数据时，提供了更强大的工具集。这本书的阅读过程，与其说是学习，不如说是一次深度的专业能力重塑。

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这本书的结构设计简直体现了作者对读者学习曲线的精妙把握。它并不是一本按照学科分类来编排的教科书，更像是一条精心设计的技术路线图，引导读者从基础的信号处理理论，一步步迈入到前沿的深度学习在显微成像中的应用。我尤其欣赏它对“数据采集效率”的关注。在很多同类书籍中，通常是假设数据已经完美获取，然后才讨论如何分析。但《计算机辅助显微镜技术》却花了相当大的篇幅去讨论如何通过智能化的曝光控制和活细胞成像中的光毒性最小化策略来优化原始数据质量。例如，书中对时间分辨成像中如何应用贝叶斯推断来动态调整帧率和曝光时间的讨论，对于需要进行动态过程追踪的生命科学家来说，简直是醍醐灌顶。它不再把显微镜看作一个独立的成像设备，而是将成像系统、光源、样品和后续的计算处理视为一个紧密耦合的整体进行优化。这种系统级的思维模式，极大地帮助我重新审视了我们实验室目前工作流程中存在的瓶颈和效率损失点。

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这本《计算机辅助显微镜技术》的译本简直是为我们这些在生物医学影像领域摸爬滚打多年的研究人员量身定做的“救星”。说实话，刚拿到书的时候，我还有点疑虑，毕竟“计算机辅助”这个词听起来总带着点冷冰冰的算法堆砌感，但事实证明，我的担心完全是多余的。它从最基础的光学原理讲起，没有那种高高在上的理论说教，而是非常务实地探讨了如何利用现代计算能力去优化和革新传统的显微镜观察流程。比如，关于实时图像增强和去噪的章节，作者没有仅仅停留在罗列各种滤波器的名称上，而是深入剖析了不同噪声模型（如散粒噪声和读取噪声）在不同照明条件下的具体表现，并提供了相应的优化策略，甚至还贴心地给出了针对特定荧光染料特性的参数调整建议。我印象特别深的是关于三维重建的部分，它详尽地描述了如何处理共聚焦显微镜数据中常见的Z轴分辨率不足的问题，以及如何通过迭代反卷积算法来恢复被模糊掉的细节。整个阅读过程更像是一次高水平的行业研讨会，充满了实战经验的沉淀，让我对如何将实验室的显微镜系统升级到能够处理高通量、高分辨率数据的水平有了清晰的路线图。这本书的价值，不在于它提供了多少现成的代码库，而在于它帮你构建了一套严谨的、可迁移的、基于物理和数学基础的解决问题的思维框架。

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读完这本《计算机辅助显微镜技术》后，我最大的感受是它极大地拓宽了我对“显微镜操作”这个概念的理解边界。过去，我总觉得显微镜的智能化主要体现在自动化扫描阶段，无非就是通过程序控制载物台移动和聚焦。然而，这本书着重阐述了在图像获取之后的深度智能应用，这一点远超我的预期。特别是关于定量形态学分析的部分，书中详细介绍了如何从复杂的、多模态的显微图像中精确提取生物学意义重大的特征参数，比如细胞核的拓扑结构分析、线粒体的网络化程度评估等。这些内容不仅仅是简单的阈值分割，而是结合了拓扑数据分析（TDA）的概念，用更抽象的数学工具来量化细胞的“状态”。对于从事病理诊断辅助系统开发的朋友来说，这本书中的案例研究部分简直就是宝典，它展示了如何将高维度的图像数据降维，并映射到临床可解释的指标上，避免了纯粹的黑箱模型带来的不信任感。作者在论述中流露出对生物学问题的深刻洞察力，确保了所介绍的计算方法都是服务于实际观察需求的，而非为了炫技而堆砌算法，这使得本书的实用价值飙升。

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这本书的独特之处在于其前瞻性，它没有沉溺于现有的成熟技术，而是将目光投向了未来十年显微成像可能的发展方向，尤其是与人工智能的深度融合。书中专门开辟了一章，讨论了“自适应显微镜系统”的概念，即显微镜本身能够根据实时观察到的细胞行为和数据特征，自主决定下一步应该采取什么样的成像策略（例如，是切换到更亮的照明、改变采集视角，还是启动特定的实时标记过程）。这已经超越了传统意义上的“计算机辅助”，更接近于“自主科学探索系统”。书中对生成对抗网络（GANs）在合成缺失的显微图像数据和超分辨率重建方面的应用描述得非常细致，并且讨论了如何验证这些合成图像的生物学真实性，这是一个非常尖锐且重要的问题。它促使我们思考：当机器可以生成完美的图像时，我们如何确信我们观察到的仍然是“真实”的生物世界？这种对技术伦理和基础科学严谨性的反思，使得《计算机辅助显微镜技术》超越了一本纯粹的技术手册，更像是一本引导行业思考未来方向的宣言书。

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