目前，荧光显微三维成像技术的研究，在国际上得到广泛重视，已成为生命科学技术研究领域中的热点问题。荧光显微三维成像技术广泛应用于形态学、分子细胞生物学、神经科学等研究领域，尤其是对细胞和细胞内结构进行三维观察不可缺少的重要手段。这种技术通过采集生物样本内部的序列二维切片图像以形成物体的三维图像数据。主要包括计算光学切片显微术(COSM)和激光扫描共焦显微术(LSCM)。传统宽场显微镜产生的图像被焦外光模糊。相比之下，共聚焦显微镜通过在检测器前设置针孔虑除焦外光，解决了宽场图像的焦外光模糊问题，提高了图像分辨率，因此适合于三维成像。在过去几十年里，显微三维成像技术发展迅速，成像质量日益提高，但是该技术由成像机理引起的图像被点扩散函数(PSF)模糊和主要由检测器光子计数特性带来的泊松噪声干扰问题依然存在。因此，由反卷积算法提高图像分辨率和信噪比，以及提高三维重建的速度、改善显示质量与精确量化，都有待进一步研究和完善。　　 本文围绕荧光显微三维成像的反卷积图像复原和三维重建算法开展方法与应用的研究，进行了以下几个方面的工作：　　 1.图像复原算法的研究，提出了正则参数随频率变化的改进维纳滤波算法，迭代Tikhonov算法，以及基于迭代Tikhonov的盲反卷积方法。在显微三维成像中，反卷积图像复原技术用于消除或逆转采集的三维图像受到点扩散函数模糊和噪声影响而造成的图像退化。比较研究了荧光三维成像中常用的图像复原算法，实验表明，改进维纳滤波算法显著优于常规维纳滤波和其他线性算法，且具有较小的计算量。迭代Tikhonov算法可以方便地加入解的先验约束，很快达到收敛。　　 2.提出一种基于数学形态学分割的MC算法。针对荧光显微图像特点，采用连续增大尺寸的结构元素进行三维数学形态学组合算子操作，得到最终分割结果。将分割结果作为输入提取等值面，由原始三维数据计算中心体元的平均梯度替代体元顶点法向量，采用中点选择代替插值运算，来计算三角面法向量。该算法提高了运算速度，同时明显改善了重建三维表面的显示质量。　　 3.提出一种基于灰度梯度加权的体绘制算法。表面绘制只能显示一个三维表面，而不能反映三维数据场的全貌。体绘制显示数据场中所有数据，揭示其相互关系，但是它的问题在于运算量太大，占用大量内存，难于实时处理，并且干扰背景和噪声的影响使图像变得模糊。为此，提出改进的体绘制新方法，突出显示感兴趣的物质边界面，抑制背景和噪声干扰。实验表明，该算法可以大大减少计算量，提高计算效率并改善显示效果，尤其适于实时显示与分析。　　 4.完成基于连续组织切片的大鼠脑干核团三维重构。我们提出一种基于质心快速自动匹配的三维重建算法。连续组织切片三维重建中，切片图像间自动匹配和准确对位是一个关键问题。利用相邻切片图像同一目标轮廓的质心应保持连续这一特点，用质心作为三点模式特征的匹配，自动地达到轮廓的最佳对位。实验结果表明，该算法能自动、快速地将目标轮廓准确对位，实现高精度的三维重构图像。