直接部件标记（Direct Part Marking,DPM）条码（如Data Matrix）能够确保在恶劣环境下运行的零部件的全生命周期可追溯性,现已广泛用于汽车、航空、医疗设备、制药和电子行业。将颜色作为一个维度的彩色DPM技术能很好得满足实际应用对数据容量的更高需求,是在产品、制造、服务全生命周期各个环节及相应系统中实现智能化产品追踪的重要发展方向。针对金属表面激光着色过程中存在的颜色稳定性问题,本文开展彩色DPM的激光着色稳定性和图像重构技术研究,主要涉及纳秒激光着色机理、激光着色稳定性评价及成因分析、低质量彩色DPM图像重构的理论和新方法研究,以提高直接激光着色Data Matrix的识读率,推动工业产品全生命周期追踪的进一步发展。本文的工作主要体现在以下几个方面:首先,研究基于着色表面微纳米结构电磁散射的纳秒激光着色机理。使用激光共聚焦扫描显微镜（Laser Scanning Confocal Microscope,LSM）和原子力显微镜（Atomic Force Microscopy,AFM）采集纳秒激光着色表面微观形貌,并分析了其与扫描速度的关系。据此,将实际粗糙表面简化为由许多形式的基本波组成的一维粗糙面。使用时域有限差分法（Finite Difference Time Domain,FDTD）研究一维激光着色表面微纳米结构模型的电磁散射。计算颜色与实际颜色在相同的颜色种类内,证明了纳秒激光诱导表面微纳米结构的颜色效应,可以为彩色DPM技术和纳秒激光着色技术的应用提供理论支撑。接着,研究激光着色稳定性评价及成因。提出了 12个激光着色稳定性指标,包括4个颜色特征、2个形状特征和6个纹理特征。使用BP神经网络训练了无需参考色的激光着色稳定性评价模型。以直接激光着色Data Matrix为例,分析了单元位置、单元尺寸和扫描速度对激光着色稳定性的影响。通过激光加热过程获得的仿真结果与实验结果一致,证明了不同参数引起的温度梯度变化是激光着色稳定性变化的主要原因,为改善彩色DPM的激光着色稳定性提供理论支撑。同时,由于激光着色过程的一致性,本文结论可推广应用于其他的激光着色过程。最后,基于图像处理技术研究低质量彩色DPM图像重构技术。通过比较不同的灰度化、二值化和直线检测算法,研究适合用于彩色DPM图像的预处理方法。针对采集的条码畸变问题,基于Data Matrix的特征,提出一种自适应检测Data Matrix顶点的方法。实验证实,在定位准确度相同的情况下,此方法近1 s的运行时间要比手动定位要可接受得多。接着,提出一种基于K-means算法的彩色条码图像重构技术,包括颜色识别、条码重构及纠错三个步骤。最后基于颜色通道差还原了重构条码的数字矩阵。条码重构正确率在96%以上,有效改善了激光着色不稳定问题,大大提高了彩色DPM的可识读性,为彩色直接部件技术的工业应用提供技术基础。