随着人们对于电子、生物、医学等方面微观领域的研究深入,操作对象的微小化迫切要求进行微操作研究。基于生物操作的细胞融合、染色体移植、转基因研究、微细手术、DNA注射等技术研究越来越广泛,这些都用到微操作系统。本文主要研究针对贴壁细胞的注射系统。显微注射使用的显微镜一般采用手动调节来观测微观生物操作,伴随有效率低下的问题,随着此方面研究的不断推进,将计算机视觉算法和智能控制技术逐渐运用到显微注射系统,实现自动化的高效操作。显微操作过去常由专业实验人员在显微镜前目视操作,操作效率很低,基于视觉伺服的显微操作机器人,将操作人员解放出来,使他们免于操作疲劳和状态不稳带来的操作失误,这种新型的自动化系统提高了操作效率,为实验人员改善了工作条件,为相关的细胞工程研究提供了良好的平台,对于生命科学进一步发展具有重大意义。针对显微注射过程中的注射针和细胞的识别、显微图像拼接、视觉伺服控制中注射针的视觉跟踪三个重要环节进行了研究,主要内容涵盖了以上三个重要环节:(1)首先是对整个系统的介绍,针对显微注射的操作对象贴壁细胞和操作工具的特点和课题要求,搭建出一种专门用于进行贴壁细胞注射的微操作系统。主要包括系统硬件和软件的介绍;根据微操作系统各部分的分工和作用,对硬件系统进行了功能模块划分,并对各模块中的关键硬件进行了选型和简要介绍;对显微注射系统的软件平台和与硬件模块对应的各部分软件功能进行了介绍。(2)为贴壁细胞注射系统能实现准确、高效的注射工作,要进行贴壁细胞的识别定位和微注射针的识别定位。先对细胞图像进行图像预处理,利用高斯滤波器去除噪声;针对贴壁细胞透明、形状无规则的特点使用最大熵阈值分割法进行分割定位,实验证明可以呈现出清晰的分割效果;在注射针的平面定位上,针对常用的阈值分割方法易出现错误的缺点提出了基于主动轮廓模型的方法,对获得的轮廓点进行遍历,确定针尖位置。实验证明此方法获得了连续光滑的针尖轮廓,准确性良好;此外,还对注射针Z方向的接触检测定位方法进行了详细说明。(3)针对显微视野有限的特点,且贴壁细胞是不运动的操作对象,通过移动操作平台采集多幅贴壁细胞显微图像将其拼接到一起,形成包含操作对象丰富信息的大图,方便显微注射操作。对先前的SIFT和本文提出的SURF两种图像配准方法分别对图像进行了提取特征点、配准、拼接的对比实验,结果表明了本文所选的SURF配准算法速度更快,更适用于显微图像的拼接。最后提出了适用于显微图像拼接改进的渐入渐出算法融合技术,完成了显微图像的无缝拼接,并按照上述图像拼接算法拼出了一幅全景图像。(4)采用基于图像的视觉伺服控制法对针进行控制,针对其中的针尖跟踪技术进行了研究,由于传统的模板匹配法的局限性,重新提出了一种基于几何Snake模型的针尖跟踪算法,同时结合卡尔曼滤波器对注射针的追踪过程进行了预测,对注射针的跟踪效果进行了仿真,得到了光滑清晰且动态分割效果良好的跟踪轮廓,对比了使用卡尔曼滤波器前后的跟踪轨迹和误差曲线,证明了后者的实时性。其次,对细胞注射路径进行了优化设计,提高了注射效率。最后使用PID控制法通过控制机械手控制注射针运动。