生物组织光学透射成像具有实时、无创、成本低廉、快速等优势,从而有广阔的发展空间。但至今未有基于光学透射成像的装置在临床上得到推广,是由于生物组织强散射造成的。强散射导致光学透射图像质量差、不清晰、对组织内的异质体定位不准确等问题。针对上述科学问题,论文提出降维快速提取异质体位置信息的方法,通过降维提高信噪比,降低单光源图像质量差的影响;并且鉴于目前单色高功率LED光源的发展以及图像传感器灵敏度的提高,采用多波长透照的方法,通过引入多波长信息获取较清晰的图像,并且利用多光谱信息弥补定位的不准确;采用成形光信号与帧累积技术结合的方法,提高图像的灰度分辨率;在多波长透射成像中采用光源相互辅助的方法,扩展成像系统的动态范围。论文主要工作有:1、生物组织光学透射成像在肿瘤筛查等应用中,需要准确提取组织中的异质体位置信息。因此,提出了组织内异质体位置信息的降维提取方法。主要是降维观测透射图像中光强分布曲线的变化,提取异质体位置信息。根据光源位置对结构信息提取的影响,采用了光源多位置透照。多位置光源透射信息能提高异质体位置信息的提取精度。2、以突出组织特异性为目标,首先,采用特征值融合对不同波长下异质体的位置特征进行融合,提高位置特征的提取精度;其次,为了充分利用多波长图像信息,提出了多波长透射图像的融合方法。依据图像的低频、中频和高频分三种融合规则对透射图像进行像素融合,通过透射图像的质量、灰阶分辨率与噪声水平确定融合规则与加权系数。融合图像突出了组织异质性,进一步提高了异质体定位的精度,为采用透照法进行组织肿瘤检查等提供图像依据。3、在透射成像系统中,采用成形光信号与帧累积技术有效地降低了系统的量化噪声,提高了图像的灰阶分辨率,增加了图像的信息量。相比于等幅值的直流光信号,在保证图像灰阶分辨率的同时,成形光信号减小了生物组织在单位时间内单位面积上接收的辐射强度。为了扩展LED-CCD多波长透射成像系统的动态范围,根据图像传感器的响应曲线,提出了多波长光源相互辅助的优化方法。该方法选用多波长LED光源中摄像头最敏感的LED光源作为辅助光源,以较低的强度照射,使得光电转换位于线性区域,从而采集到原本无法测量的信号,并且使量化值正确度更高。实验验证了光源优化法能有效提高图像质量、灰度分辨率和图像信息的准确性。4、对透射模型的Monte Carlo模拟面临的问题进行了研究。首先,针对Monte Carlo模拟中光子数问题,本研究为透射模型提出了一种有效的光子数选取判据。通过考察组织的几何参数、光学参数、参与模拟的光子数以及透射中心光强变异系数间的关系,拟合得到模拟所需光子数的经验公式。其次,针对生物组织透射模型中,接收光纤与光源位于同一条直线的情况,提出了加速的模拟方法,即优化求解散射方向与增加约束条件。该方法大幅度提高了仿真的速度,节约了模拟时间。