光切片图像的质量与使用的重构算法直接相关，传统的均方根算法虽然简洁，但在原始图像信噪比和条纹对比度不高时重构效果不佳，得到的三维重建结果并不理想。针对该问题，提出一种去背景和去卷积相结合的光切片方法。与传统均方根算法相比，该方法能有效减少残留条纹，提高微小细节的可见性。实验搭建了一套基于数字微镜器件的结构照明显微系统，以小鼠肾脏细胞、牛肺动脉内皮细胞等为样品进行了光切片实验。实验结果表明，该方法能获得更好的光切片和三维成像效果。

双光子荧光（two-photon fluorescence，TPF）显微成像技术借助荧光探针实现样品中被标记成分的特异性成像，具有天然的三维层析能力、高成像深度与空间分辨率、以及更小的光漂白与光损伤，已经发展成为化学、医药学和生命科学领域的一项重要研究工具。文中通过分析高斯光束复振幅在空间中的分布，推导出TPF信号的纵向与径向分布公式，以此估算出文中的TPF显微成像系统的横向分辨率为453 nm，纵向分辨率为2.087 μm。使用飞秒激光器作为激发光源，搭建了TPF显微成像系统。在800 nm波长的飞秒脉冲激发下，测量了罗丹明B溶液的TPF光谱，从而选择636~703 nm作为显微成像的荧光探测窗口。随后开展了对罗丹明B染色的小鼠大脑切片的TPF显微成像实验研究，利用断层扫描成像的方式获得了小鼠大脑切片在0~14 μm深度内的荧光强度分布。通过三维重构完成了对生物样品的三维立体成像，获得了小鼠大脑中灰质与白质在不同深度的分布情况，实验结果证明了搭建的显微成像系统具有优异的成像深度与空间分辨能力。

改进原有背向穆勒矩阵成像装置，采集未染色肺癌、乳腺癌切片，基于穆勒矩阵各阵元的物理含义，借鉴光谱数据生成偏振立方体，纵向提取任意像素全阵元曲线，展示曲线特有的穆勒矩阵信息分析方式。采用夹角余弦曲线分类方法，对照病理标注生成混淆矩阵。其中肺癌、乳腺癌精度可达89.59%、87.82%，高倍率乳腺癌精度为77.52%。全阵元曲线较单一阵元分类准确率更高。本文方法的可视化分析、像素分类、跨尺度特性表明在偏振检测领域有很大的挖掘空间以及应用潜力。

由于扫描设备局限或模型结构复杂等因素导致点云模型出现孔洞，这严重影响模型的后续处理。针对点云孔洞的修补问题，文中提出了一种附加增值条件移动最小二乘法的点云孔洞修补方法。首先提取封闭的孔洞边界，通过密度分析进行迭代切片，不仅削弱点云分布不均的影响，还提高模型细节特征的保留程度；再将离散群点投影至拟合曲面，投影点集二次拟合以获取拟合面节点，保证有足够的边界邻域节点为基础进行孔洞修补；最后利用附加增值条件移动最小二乘法对孔洞进行迭代修补，并对增值点云进行曲率约束，从而达到契合原始模型空间特征的重建。实验采用人为在四个点云模型上制造不同类型的孔洞，并与现有的四种方法进行对比，验证所提方法的有效性，结果表明，文中方法相较于现有的四种方法，完整率、准确率提高了1.83%以上，配准均方根误差与平均曲率均方根降低了68%以上，对比证明了文中方法对于点云模型孔洞具有较强的适用性，可为重建三维点云模型提供可靠信息。

现代生物学和生物医学领域迫切需要研制兼顾大视场、高分辨率的显微成像技术和仪器以对生物样品实现跨尺度观测，满足重大科学问题的研究需求。受限于系统的空间带宽积，传统商业显微镜无法满足这一需求，且现有高空间带宽积显微成像系统存在体积庞大、实施成本高昂等问题。本文基于HiLo光切片技术和自主设计的大视场高分辨显微物镜，研发了具有高空间带宽积特点的大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统，测试了系统的成像视场和分辨率。应用该系统对小鼠脑切片开展了白光照明明场成像实验，并与OLYMPUS商业显微镜成像结果做了对比；对小麦种子荧光切片开展了光切片成像和宽场荧光成像对比实验。实验结果表明, 大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统的成像视场达到4.8 mm×3.6 mm (对角视场为6.0 mm)，横向分辨率达到0.74 μm，轴向分辨率达到4.16 μm。大视场高分辨HiLo光切片显微成像系统兼有大视场和高分辨率成像的优势和快速光切片成像的能力，能够对大体积生物样本开展快速三维成像，将为胚胎发育、脑成像、数字病理诊断等研究提供有力的技术支撑。