显微操作是生物工程中的重要研究手段。在显微操作过程中,细胞受到操作器施加的力,容易产生大的变形和内部应变,这可能会使细胞受到伤害,影响操作后细胞的发育,甚至导致细胞死亡。为避免细胞伤害,在操作过程中对细胞内部、外部的形变与受力的测量是很有必要的。然而,当前的细胞内部形变与受力检测方法主要是通过对细胞注入标记物的方法完成的,这种方法空间分辨率较低,并且可能会对细胞造成额外伤害。而当前的细胞受到外力的检测,主要是通过力学传感器进行的,传感器测量细胞受力的方法也存在装配复杂、很难与显微操作同时进行等问题。基于视觉的细胞形变与受力传感方法具有非接触、无标记、易操作等特点,能够有效解决当前细胞受力检测存在的问题。因此,本文以典型的显微操作——细胞刺入为例,对基于显微视觉的操作过程中细胞形变与受力检测展开了研究。具体工作内容如下:首先,为解决细胞内部应变检测问题,本文提出了一种基于位移模型的细胞内部形变检测与应变估计方法。根据细胞刺入过程的有限元仿真得到的细胞内位移数据,本文建立了细胞内部位移与位置关系的二次模型。进一步,将位移模型与Farneb?ck光流法相结合,本文提出了一种基于位移模型的细胞内位移检测方法,并通过与传统方法相对比验证了其可信性。在细胞内位移检测方法的基础上,本文根据细胞内点的相对位置变化对刺入过程细胞内应变分布进行了估计。其次,为解决细胞形态与受力检测问题,本文提出了一种基于视觉的细胞形态检测与受力计算方法。本文改进了细胞受力点载荷模型,提出了基于细胞形变几何参数的细胞受力估计方法,并通过图像处理技术得到了细胞几何参数的自动获取方法,将该方法应用到斑马鱼胚胎和猪卵母细胞刺入过程的受力检测中,得到的检测结果的趋势和量级与其他文献的研究结果有较好的一致性。最后,本文在实验室自主研发的NK-MR601微操作系统上进行了细胞刺入过程中细胞内外部形变与受力检测实验。分别对刺入速度为10、20、30、40、50μm/s的实验统计刺入过程中细胞内应变与受力的关系。本文发现,在刺入过程中,不同刺入速度下,细胞内应变大小随受力增加也相应增大,并且基本符合同一个幂函数规律。并且,随着刺入速度的增加,刺破时刻细胞内应变与细胞受力都有下降趋势,且快速刺入与慢速刺入的数据相比有极显著差异。本文的方法可以在后续研究中应用到显微操作系统的控制模块中,实现刺入过程细胞形变与受力的实时控制,以避免细胞受到大的伤害。并且,本文中提出的模型与图像处理相结合的受力检测思想不仅可以应用于细胞刺入过程中,在其他显微操作(如细胞拉伸,挤压)中也可以得到应用。