在超微弱发光的研究中(例如生物发光),由于发光强度极弱,由像增强器得到的光子图像由于样本(光子)数量太少和受系统暗噪声的影响使其信噪比极低.提出了一种基于统计学的光子图像相关积分方法和基于相关处理的光子图像处理方法,用累积光子来提高图像信噪比并得到相应灰度图像并对该方法进行了计算机模拟,同时展示了光子图像和传统灰度图像的信噪比关系,是进行微弱生物发光信号检测的有效方法.

讨论了一种对小样本光子图像的统计处理方法。在超徽弱发光的研究中(例如细胞的超微弱荧光),由于发光强度极弱,需要用像增强器对超微弱发光图像进行增强得到可视图像,超徽弱发光图像不可避免地受到像增强系统暗噪声及背景噪声的影响,使光子图像湮没在噪声中。为从原始图像中检验出信号,根据信号光子和噪声光子的不同统计分布,运用信号检测与评估的方法判断光子是否属于信号光子,并得到一简明的判据,由此判据剔除图像中的噪声光子·得到信噪比改善的光子图像。并用此方法处理了人手掌的超微弱发光光子图像。

光子计数成像系统可以探测生物超微弱发光, 但是只能探测生物的宏观图像, 若要深入到细胞、 分子水平, 必须有显微光子计数成像系统。 二者的区别在于显微光子计数成像系统是噪声受限系统。 本文报道的显微光子计数成像系统, 采用14C同位素光源来监测系统的状态, 保证实现极限探测。 该系统可以用来研究痕量生物分子的分布和功能, 显示钙离子在细胞内外的分布, 活性氧、 基因表达的监测等。 由单光子到单分子、 组织学图像到功能图像的转变, 将是重要的发展, 为生物学医学的应用提供了光明的前景。

分析了生物超微弱发光的光子图像特点, 从而看出对光子图像进行统计研究的必要。 讨论了生物超微弱发光的统计分布, 分析了生物超微弱发光在光子成像系统中的探测概率和光子图像的探测极限。

图像融合作为一项先进技术被引入到生物细胞图像处理中,可实现图像的信息融合,完成图像配准,提高图像置信度,改善检测性能和空间分辨能力,最大限度地发掘细胞图像的信息资源。本文采用像素级的图像融合方法,将细胞荧光图像和透射图像信息融为一体,操作简便,能准确判断细胞内部荧光位置,有利于分析其生物机理和含义。

应用光电阴极探测灵敏度为0.5 cps/mm2的超高灵敏度的光电成像系统,获得了绿豆芽和活体昆明鼠的超微弱生物发光图像,并用统计理论研究了极弱光强条件下光子图像的信号检验问题。文中在信号和噪声均为泊松分布的条件下,分析了从光子噪声中检验是否有信号的判据以及影响到检验的5个因素对检验结论的影响。以此判据成功地检验到实验获得的昆明鼠发光光子图像中的信号。

研制了一种可探测细胞微弱荧光图像的数字化高灵敏度荧光显微镜，采用视频数字化增强型CCD系统作为高灵敏度的接收系统，像增强器亮度增益为41，000，因而这种荧光显微镜可探测到普通荧光显微镜不能观察的微弱荧光图像，并可减少荧光物质的浓度和激发光的强度，减少对细胞自然生理环境的影响。数字化高灵敏度荧光显微镜在给出细胞微弱荧光图像的同时，并可给出图像上每一像元的发光强度和细胞平均发光强度。使用此仪器已首次直接得到了：1)光敏竹红菌甲素(HA)在HeLa细胞(人体宫颈癌细胞)中的分布，证实HA主要分布在HeLa的细胞膜中；2)HeLa细胞在有HA存在时受强光照射后的光损伤现象；3)加入三种细胞抗氧化剂维生素E、丁羧基甲苯(SF)和阿魏酸钠(BHT)后获得不同程度保护的细胞状态；4)一定浓度的HA在HeLa细胞随时间的摄取曲线；5)不同HA浓度一定时间内在HeLa细胞中被吸收量的曲线。

应用超高灵敏度的光电成像系统，获得了活体昆明鼠的超微弱生物发光图像，并用概率统计理论研究了光子图像中的光子频数分布，得到了一种去除噪声的原则。文中首次提出了用Ｘ2准则拟合实际图像中的信号区和背景区分布，并根据得到的统计估计值对光子图像进行处理的方法。该法对实验获得的昆明鼠的超微弱生物发光有较好的处理效果，提高了图像的信噪比，得到了好的观察效果。