分子互作检测是目前食品安全检测、临床癌症病理筛查等检测领域的研究热点。为了对生物分子间相互作用进行实时、快速检测, 本文以光干涉技术为理论基础, 设计了基于光纤生物传感器的分子互作检测系统。采用了石英光纤与自聚焦透镜耦合结构, 提高了光源与干涉光的传输光路耦合效率。采用STM32微处理器作为主控制器, 实现了数据采集、三维传动机构控制、恒温震荡控制、通讯等功能。最后, 采用所设计的分子互作检测系统及美国Fortebio公司的BLItz分子互作检测系统, 分别进行不同浓度的定量检测实验, 实时检测IgG与抗原分子蛋白A的结合与解离反应。实验结果表明: 本文设计的系统检测极限达到10 μg/mL, 重复性CV值小于6%, 与BLItz接近。所设计系统检测的自动化程度高、检测过程中无需清洗、不产生交叉污染、成本低, 能够满足药代动力学研究需要。

为了实现对生物分子间相互作用过程的实时、灵敏、快速监测, 获得生物分子的有无、浓度与相互作用的动力学参数信息, 本文设计了基于光纤生物传感器的生物亲和性检测方法。首先, 针对光干涉生物亲和性传感检测系统的光学传输系统“Y”型分叉光纤与光纤探针之间的耦合问题, 提出了自聚焦透镜与石英光纤耦合结构, 该耦合结构偏心公差能够达到002 mm, 倾斜公差能够达到01°; 针对干涉光谱信号的高频噪声问题, 采用一种改进的经验模态分解干涉光谱信号处理方法, 有效避免了干涉光谱曲线滤波处理后极值点位置的偏移; 同时采用局部拟合极值点计算生物分子膜层厚度的方法, 将生物分子膜层厚度的分辨率提高到50 pm。利用所搭建的光干涉生物亲和性检测系统, 建立了HER3-IgG1抗体药物利用金纳米粒子进行信号放大, 实现对其浓度进行定量检测的新方法, 检测过程中无需清洗, 不产生交叉污染。实验结果表明: 系统检测限能达到0082 6 μg/mL, 该系统具有检测时间短, 测量准确、精度高、成本低廉等特点, 能够应用于药代动力学研究中。

针对细胞工厂监控系统长工作距和大倾斜角的观测需求, 设计了一种结构简单、成像清晰的光学显微成像系统.由于获得的细胞图像光照和色彩不均、样本浑浊、细胞重叠、边界粘连较多、细胞间距不明显, 采用单尺度Retinex算法进行图像预处理, 并结合Otsu阈值分割法与K均值聚类法进行细胞图像分割处理, 最后应用改进的快速连通区域标记以及高准确度细胞计数方法进行细胞个数统计.仿真实验和实际测试结果表明: 该系统成像分辨率和清晰度均达到工程需求, 能够较清晰地辨识出培养皿中细胞的形态和分布情况.细胞显微图像处理方法取得了良好的图像增强效果, 弱化了由光照不均和样本浑浊造成的人眼视觉无法清晰分辨细胞的现象, 消除了由于图像分割不到位造成统计误差, 细胞计数准确度达到95%以上.该方法适合多种类型细胞监测与计数处理, 可满足细胞工厂实时准确监控的要求.

为提高雾霭天降质图像的清晰度和色彩保真度，基于暗原色先验提出了一种改进的图像快速去雾方法.针对原方法运算时间过长的问题，在保证去雾效果的前提下，利用快速双边滤波方法代替软件抠图修复透过率图，大幅度地降低了计算量和复杂度，处理时间仅为原方法的5%，满足了一般工程上的实时性要求.针对去雾处理后的图像亮度降低、颜色较实际场景偏暗的问题，提出了一种简单有效的图像对比度和亮度增强的方法，自适应地增强了图像的亮度，并对局部由于雾浓度过高而造成不清晰的区域，进行了对比度修正.结果表明，该方法能够快速有效地复原出雾天场景的对比度和真实色彩，在一定程度上保证了户外成像系统在恶劣天气下工作的稳定性和可靠性.

针对有雾天气下无人机航拍视觉系统的能见度低, 航拍图像对比度和色彩保真度差等问题, 基于暗原色先验规律以及雾图的物理模型提出了一种雾天降质图像去雾处理技术。从图像复原和增强两个角度出发, 分别建立了户外图像全局去雾和对比度自适应调整的最优化模型, 从而能够直接复原得到高质量的去除雾干扰的图像并且估算出雾的浓度。对一系列户外带雾图像的分组实验表明, 该方法可以快速有效地提高带雾图像的对比度和色彩清晰度, 获得满意的视觉效果。另外, 该方法克服了 Kaiming He方法处理时间过长的缺陷, 平均处理时间仅为原方法的10%左右, 显著缩短了运算时间, 为在工程项目中实现图像的实时去雾处理提供了理论依据。