高光谱显微成像(HMI)是一种新型无损光学诊断技术，其光谱数据能够反映样本的内部微环境变化，图像数据可以反映样本空间结构信息，因此可以作为癌症诊断工具，在未来具有广阔的应用前景。但HMI数据量大且数据结构复杂，将其应用于癌症诊断领域需要进行系统详细的数据解译。设计并搭建了一套推扫式HMI系统，并编写了系统控制、数据采集和数据分析软件，可提供多种基于机器学习的数据处理方法。基于MATLAB编制了具有图形化用户界面的HMI数据采集和数据分析软件，该软件可给出分析结果，为医生病理诊断提供了便利。利用该系统和软件进行皮肤癌的分类与分期研究，验证了系统的性能。HMI系统的光谱范围为465.5～905.1 nm，光谱分辨率约为3 nm，视场尺寸为400.18 μm×192.47 μm，放大倍率为28.15，实际分辨率范围为1.10～1.38 μm。分别采集基底细胞癌、鳞状细胞癌和恶性黑色素瘤组织的HMI数据，利用图像数据实现了三种皮肤癌的分类，准确率为85%；利用光谱数据实现了鳞状细胞癌的分期鉴别，准确率达到96.4%。

为实现对红枣品种的判别,利用高光谱技术并结合机器学习算法对金丝大枣、骏枣和滩枣这三个品种的新疆红枣进行研究。首先,分别利用多元散射校正(MSC)、标准正态变量变换(SNV)、一阶导(1-Der)和Savitzky-Golay(SG)平滑等数据预处理方法对原始光谱进行预处理,研究了预处理方法对建模的影响;然后,利用光谱-理化值共生距离法(SPXY)将样本集划分为校正集和预测集,基于线性判别分析(LDA)、K-最近邻分类(KNN)和支持向量机(SVM)算法对预处理后的全波段光谱建立红枣品种鉴别模型,结果显示,在多种预处理方法中,1-Der的处理效果最好;然后,结合主成分分析(PCA)、连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权采样(CARS)等特征提取方法对全波段光谱进行特征波段的提取,再基于特征波段建立红枣品种鉴别模型,结果发现,在几种特征提取方法中,基于CARS所提特征波段建立的模型可以获得最高的鉴别准确率;最后,以SVM模型为例对模型运行时间进行了比较,结果发现,基于特征波段所建模型的运行时间远短于基于全波段所建模型的运行时间。

定量相位显微技术容易受到环境扰动的影响。如何克服环境扰动对量化相位成像的影响,一直是相位成像领域研究的热点。着重介绍了物参共路数字全息显微技术和单光束定量相位显微技术。前者主要包括斐索干涉显微、Mirau干涉显微、离轴和同轴点衍射干涉显微、双球面照明的数字全息显微和空间复用数字全息显微;后者主要包括共轴数字全息和基于平行光照明、超斜照明和多点离轴照明的定量相衬显微。希望该综述能为构建高稳定性、实用化定量相位显微装置提供有益参考。

荧光显微镜因具有对样品损伤小、可进行特异性标记、适用于活体成像等优点,一直是生物医学研究中的主要手段。但光学系统自身缺陷、生物样品光学性质的不均匀性以及样品与显微镜浸润介质界面折射率的变化等导致了像差的产生,降低了成像的对比度和分辨率。自适应光学(AO)技术通过使用主动光学元件,如可变形镜、空间光调制器等,对畸变的波前(像差)进行校正,消除动态波前误差,恢复衍射受限性能。近年来,众多学者将AO系统与荧光显微镜相结合,以修正由样品不均匀性引起的像差,进而改善成像质量。介绍了AO技术的基本原理,综述了近年来AO技术在荧光显微镜成像中的应用,并对其未来发展趋势进行了展望。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是一种基于原子发射光谱和等离子体发射光谱的物质成分分析技术。利用LIBS技术对水中的Pb污染进行检测, 选择Pb元素的最强峰405.8 nm作为分析线, 以Si(390.6 nm)为内标元素, 经线性拟合得到Pb的检出限为7.40×10-6。建立了基于生物地理学优化(BBO)算法的定量分析模型, 利用该模型分别测定了不同Pb元素浓度的35份样品的LIBS谱线, 其中的30组数据被用来训练BBO定量分析模型, 剩余的5组数据被作为测试集来评估模型的分析能力。结果表明：在利用BBO算法模型对水体中Pb浓度进行预测时, 模型的相对标准偏差(RSD)及平均绝对百分比误差(MAPE)指标都相当优异。

高光谱成像技术（HSI）是将成像技术和光谱技术相结合的多维信息获取技术，具有图谱合一的重要特征。通过HSI获得的空间分辨光谱成像提供了关于组织生理学，形态学和组成的诊断信息。HSI是医学应用的新兴成像模式，在生物医学领域，特别是在疾病诊断和图像引导手术中，具有极广阔的应用前景。介绍了HSI的基本原理、系统的基本构成及特点，总结和阐述了近年来HSI在生物医学领域的发展及其在疾病诊断和手术指导中的应用进展。指明该技术领域今后的重点研究方向，并对其发展前景进行了分析和展望。

多焦点多光子显微（MMM）和单点扫描多光子显微相比，可显著提高光能利用率和成像速度，在生命科学研究领域具有广泛的应用前景。但现有MMM 技术成像质量和成像速度之间存在矛盾，增加单位面积内的焦点数目可提高成像速度，但过小的焦点间距离会产生子光束串扰，从而影响纵向空间分辨率。利用Zemax 软件模拟产生了高密度激发点阵，将传统的不小于6 mm 的相邻焦点间距缩小到约3 mm；分析了高密度点阵激发成像产生噪声的原因；根据时间复用技术的原理设计正方形时间延板，对相邻子光束脉冲进行不同时间的延迟，从而可以消除MMM 系统中高密度激发点阵子光束间的串扰。