李刚，博士，天津大学精密仪器与光电子工程学院教授，博士生导师（生物医学工程、仪器科学与技术两个学科）。主要研究领域：生物医学工程、信息检测与处理、嵌入式计算机及其应用。主持和参与了30多项国际合作、国家自然科学基金、省部委以及企业合作项目。在国际和国内学术刊物与会议上发表论文700多篇，其中EI检索280多篇、SCI检索300多篇。获得国家发明专利110多项和已申请130多项。主编并出版教材和著作37本。已培养毕业博士42名和硕士160多名，在学博士研究生12名和硕士研究生8名。获天津市“51”劳动奖章、中国仪器仪表学会创新奖和天津市先进教师称号等各种奖励50多项。林凌，天津大学教授，博导，从事35年的生物医学信息检测与处理的教学与研究工作，发表300多篇论文，获得60多项国家发明专利，主编十余本教材和专著，已培养60多名硕士和博士。

本教材以现代科学测量为主线，既有必要的测量理论基础，又有现代的前沿测量实例，系统、深入又详细地介绍了生物医学测量的实例，凝聚了作者毕生的科研成果，可以作为高年级大学生、研究生和科研人员的参考。测量是科学中的永恒的主题，作者从事生物医学测量的教学和科研工作近四十年，把5个主要研究方向的收获整理成这本书。通过整理升华，特别是以“测量”，辅之和融会贯通数学、物理、信号与系统和电子学的理论与技术，使得本书可以在十分广阔的领域发挥借鉴作用。

　　第1章 测量、精度与误差
　　对于测量（检测），作者有如下一些感悟与大家分享：
　　——测量的永恒目标是提高精度。
　　——提高精度的必由之路是抑制每一项误差。
　　——抑制误差手段的效果标志着工程师或科学家的水平高低、能力大小。
　　——新的测量方法是科学上的“创新”，也必然是工程实践上的足够积累。
　　——学术上，可以“不惜代价”地提高精度，检测现有技术达不到的信号（或某种对象）。
　　——工程上，在做到足够高的精度同时，还要保证足够的“经济性”，即考虑成本、工艺、可靠性……
　　——现代科学，完全与测量共生共长。
　　——工程上，无处不存在测量。
　　——科学（学术）与工程不仅没有任何矛盾之处，而且是不可分割、密不可分的一体两面。
　　——现代生活、现代工业、现代农业、现代运输……现代一切的一切，无时无刻都离不开测量，无时无处不存在测量。
　　——现代医学，没有测量就没有诊断。
　　……
　　本书是由作者在生物医学信号检测与处理方向上的成果集结而成的，因而在本章也会介绍有关生物医学信号检测与处理方面的基础知识，这也是本书必要的基础，但又不能像一般的教科书那样，大篇幅、系统和全面地介绍生物医学信号检测与处理的基础知识。
　　1.1 测量的基本知识
　　信号是一个物理词汇，信号是表示消息的物理量，如电信号可以通过幅度、频率、相位的变化来表示不同的消息。从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号等。因此，生物医学信息是通过生物医学信号的检测与处理而获取的，习惯上也称为生物医学信号测量。
　　如同其他领域的测量一样，没有一定精度的测量是毫无意义的。测量的永恒目标是追求更高的精度、更高的速度、更低的成本，还有对人体更低的伤害，最佳的测量是无损无创的。
　　要保证足够高的测量精度，必须掌握测量的基本概念和提高测量精度的一般方法。
　　1.1.1 测量的概念
　　（1）测量的物理含义
　　测量是用实验的方法把被测量与同类标准量进行比较，以确定被测量大小的过程。
　　（2）测量过程
　　一个测量过程通常包括以下3个阶段：
　　①准备阶段；
　　②测量阶段；
　　③数据处理阶段。
　　（3）测量手段
　　按照层次和复杂程度，测量手段通常分为以下4类：
　　①量具，体现计量单位的器具。
　　②仪器，泛指一切参与测量工作的设备。
　　③测量装置，由几台测量仪器及有关设备所组成的整体，用以完成某种测量任务。
　　④测量系统，由若干不同用途的测量仪器及有关辅助设备组成，用以多种参量的综合测试。测量系统是用来对被测特性定量测量或定性评价的仪器或量具、标准、操作、方法、夹具、软件、人员、环境和假设的集合。
　　（4）测量结果的表示
　　测量结果由两部分组成，即测量单位和与此测量单位相适应的数字值，一般表示成
　　X=AxXo （1－1）
　　式中，X表示测量结果；Ax表示测量所得的数字值；X。表示测量单位。
　　1.1.2测量及方法的分类
　　测量及方法可以有以下两种分类方式。
　　……

第1章 测量、精度与误差 1
1.1 测量的基本知识 1
1.1.1 测量的概念 2
1.1.2 测量及方法的分类 2
1.1.3 测量系统的性能参数 4
1.2 误差理论的基本知识 12
1.2.1 误差的基本概念 13
1.2.2 误差的来源 22
1.2.3 精度与不确定度 23
1.2.4 有效数字及其运算规则 24
1.2.5 误差的合成与分配 26
1.3 信号、噪声与干扰 32
1.3.1 信号 32
1.3.2 噪声 33
1.3.3 人体内部的噪声与人机界面的噪声 38
1.3.4 干扰 40
1.4 电子测量系统的“两段论”与“信息（精度）空间” 41
1.4.1 电子测量系统的两个阶段 41
1.4.2 信道编码与信息（精度）空间 44
1.5 医学诊断与医学研究中的测量 47

第2章 “M＋N”理论 52
2.1 引言 52
2.2 “M＋N”理论的架构 55
2.3 “M＋N”理论的应用 58
2.4 “M＋N”理论的应用实例 61
2.4.1 “覆盖策略”消除光谱仪积分时间带来的误差 62
2.4.2 “补偿策略”修正光谱仪积分时间变化的误差 70
2.4.3 基于“M之间影响”的血小板定量分析 77
2.4.4 双模式光谱的采集与分析方法 83
2.4.5 双位置、双模式联合光谱的定量分析方法 92
2.4.6 拓展波段的动态光谱数据采集与分析 97
2.4.7 光谱分析中光源电压对预测精度影响的研究 103
2.4.8 非目标组分用于提高校正模型预测能力的方法 111
2.4.9 利用Ni（温度）提高对Mi的分析精度 117

第3章 测量中的调制解调技术及其复用方式 134
3.1 引言 134
3.1.1 测量领域经典的“斩波调制”技术 134
3.1.2 现代测量中的调制解调技术 137
3.2 正弦波的幅度调制与解调 139
3.2.1 正弦波调制与解调的基本理论 139
3.2.2 测量中调制的实现方式 147
3.2.3 正弦波载波的多路信号调制与载波频率 182
3.2.4 高速数字锁相解调算法（频域） 183
3.3 方波幅度调制信号的数字解调（时域） 190
3.4 多路方波频分调制的数字编码载波与数字解调（时域） 193
3.4.1 引言 193
3.4.2 码分多址CDMA多路复用 193
3.4.3 小结与讨论 199
3.5 调制解调系统应用实例 203
3.5.1 用于呼吸与心电信号的极简单而又高性能的同步检测 204
3.5.2 基于快速数字锁相优化算法的溶解氧测量 217

第4章 过采样与“大平均” 249
4.1 测量的基本知识 249
4.1.1 有效数字位与分辨力（率）、准确度 249
4.1.2 测量值（数据）精度与误差 251
4.2 测量数据的“大平均” 252
4.2.1 直流测量值（数据）的平均 252
4.2.2 交流测量值（数据）的平均与过采样 253
4.2.3 叠加成形信号的过采样 256
4.2.4 基于过采样的高速锁相算法 260
4.2.5 帧累加与叠加成形信号的微光图像检测 267
4.3 过采样与“大平均”的应用实例 287
4.3.1 生物电信号测量 287
4.3.2 基于帧累加技术提高红外热像仪测温精度的校准方法 293
4.3.3 基于方波分频调制和外部触发的LED多光谱成像 302

第5章 动态光谱理论与血液成分无创分析 318

第6章透射多光谱图的采集与处理 410