细胞发酵罐生物反应器一般用于培育疫苗等生物药物,现在细胞发酵罐的细胞培养观测方式为打开发酵罐直接取液,然后利用倒置显微镜进行观测,这种观测方式在打开发酵罐的过程中极易造成罐内污染。因此,本文提出一种在发酵罐外部架设显微系统进行非接触式细胞观测的光电检测方案。现有倒置生物显微镜工作距不足,并且其自身光源发散角大、能量低不足以照亮细胞;而工作距足够的工业显微镜分辨率最小只能达到10μm,所培育的动植物细胞大小为10-20μm,无法获得清晰的细胞图像。为满足系统指标,设计了一种非接触式、折反射结合的长工作距可变焦光电检测系统。该系统采用氙灯作为光源;创新性的提出利用卡塞格林系统和李斯特物镜结合的设计思路,解决了折射式结构像差大的缺点;并且加入圆形光圈解决了卡塞格林系统产生杂散光的问题。系统放大倍率为3-5倍,工作距为40mm,物方数值孔径0.18-0.3,分辨率可达到1.17-1.96μm,其轴上点在CCD截止频率133lp/mm处均大于0.1,大于人眼极限分辨阈值0.05。本文对系统像质进行了分析,利用ZEMAX宏程序绘制了系统的凸轮曲线,并对系统进行样板嵌套和公差分析。根据系统采集的图像照度偏低、光亮不均等特点,本文采用了改进的Retinex算法进行了图像增强,以提高细胞观察效果;并且对采集到的图像进行了细胞计数,由于采集到的图像中细胞间距过小,给细胞分割造成了困难,本文提出了先利用Otsu阈值粗分割、再采用K均值细分割、然后采用数学形态学处理和中值滤波对分割后的图像进行平滑处理,最后利用连通区域标记法来进行细胞计数的算法,计数精度可达到97%以上。检测系统实现了在不同倍率工作状态下可分别对细胞的整体和局部进行非接触观测,从而在观测细胞过程中避免了对细胞发酵罐造成污染。