生物芯片技术是生命科学领域中迅速崛起的一项高新技术，它以玻片、硅片或尼龙等为载体，在其表面高密度地排列大量的生物材料，实现对DNA、蛋白质、细胞以及其他生物组分的准确、快速、并行和大信息量的检测利分析，可广泛应用于药物研究、疾病诊断、基因结构与功能研究等领域。生物芯片采用分子杂交原理进行工作，将待测样品加以荧光染料标记，然后与已知结构的生物芯片进行充分杂交，用荧光分析仪检测发生杂交反应位置处的荧光信号。因此，荧光分析仪是获取生物芯片信息的必备仪器，也是决定生物芯片能否得到广泛应用的关键仪器。 本论文主要涉及激光共聚焦生物芯片荧光分析仪的设计与实现，详细论述了仪器的设计方案、性能指标、实验测试及结果分析，研究如何在降低成本的前提下，开发出具有自主知识产权、性能良好的生物芯片分析仪器，从产业化的角度出发，做了一些有益的探索工作，初步完成了实验样机的研制。样机中，荧光的激发光源为532nm的绿激光和635nm的红激光，采用一个光电倍增管分时实现了Cy3和Cy5两种荧光信号的检测，生物芯片的一维扫描由振镜与远心f-theta物镜实现，另一维扫描由步进电机驱动精密导轨实现。结合具体的设计参数，分析了荧光分析仪的分辨率、信噪比、探测灵敏度及动态范围，讨论了它的重复性与稳定性，研究了f-theta物镜的残留畸变和振镜的响应误差对扫描均匀性的影响，提出了光电倍增管的自动增益控制方法及串扰误差的校正方法。绿光扫描时，荧光分析仪的光学分辨率可达到5μm，Cy3荧光的探测灵敏度为1fluor／μm~2，动态范围大于10~3，完成5μm双光扫描耗时400秒，比大部分现有同类产品的扫描速度快。样机集成有嵌入式操作系统以及显示打印部件，数据处理与分析由DSP完成，荧光图像及诊断结果可以在液晶屏上显示，也可通过热敏打印机给出。整台样机面向医院应用，生物芯片的检测分析自动完成，操作方便。 本论文还研究了生物芯片荧光图像的基本处理技术。设计了一种图像增强算法，可在滤除脉冲噪声的同时，校正荧光图像中的缓慢背景变化；根据图像的行列投影，实现了分子靶点的自动定位；针对分子靶点的不规则结构，研究了基于边缘检测的自适应圆分割及基于区域生长的自适应形状分割技术，较为准确地实现了分子靶点的分割与识别。