微纳米科学技术是近年来飞速发展的新兴学科。微纳米科学技术的进步，极大丰富了科技人员对微纳米尺度物质形态、特性的认知手段和发展新功能微纳器件、系统的能力，有效推动了微纳米科学技术的发展。　　 微纳米技术的核心是观测与操控，观测技术可以促进人类发现和认识微观尺度的现象和特性的能力;结合有效的操控技术，可以为新的功能结构、器件和系统制造提供可实现技术途径。因而，研究发展新型微观测技术，特别是3D观测和无损内部观测技术，对发展新的微纳米认知手段，开拓新的超精密检测技术发展途径，促进微纳米科学技术的发展与研究水平的提高，具有非常重要的科学意义。　　 本论文以微纳米操控作业环境为研究背景，以现有的扫描探针、光学、超声等基本观测手段为基础，针对扫描探针观测的下压失真，微尺度运动学观测与建模，微纳尺度3D观测等问题，在现有技术状况分析基础上，主要开展研究工作如下:　　 (1)针对扫描探针观测的下压失真问题，通过分析扫描探针(AFM)工作原理及其下压效应机理，在研究扫描探针偏转和高度检测信息冗余性及互补性基础上，提出了基于数据融合和参数辨识的AFM下压效应自动补偿方法，有效降低了探针下压作用造成的成像失真，并实现了样品表面弹性特征的在线检测。　　 (2)针对微尺度运动学观测与建模问题，重点开展了基于显微视觉的高分辨率位移实时测量方法研究，通过研究采用高倍光学显微视觉和亚像素图像块匹配技术，实现了微纳米平台的高分辨率运动学实时检测，为PZT非线性驱动特性辨识与建模提供了有效技术手段。　　 (3)针对微观尺度3D观测问题，以显微视觉和模糊度成像理论为基础，开展了将热辐射方程和图像模糊测度相结合方法研究，构建了热辐射模糊成像模型，完成了基于离焦图像的微观景物深度信息获取新方法。实验验证了该方法的合理性、有效性，为微观尺度高分辨率3D形貌重构提供了新的可行技术。　　 (4)开展了基于新型压电材料AlN的高频超声传感器研究。通过研究基于高频声波的无损检测机理，提出了该类超声传感器的结构优化补偿方法，研制了新的传感单元，设计完成了一种基于新型压电材料AlN的高频(200MHz)单超声聚焦传感器，有效提高了检测分辨率。在此基础上，提出了一种双层叠加式的高频传感器理论模型与设计，为发展新型微纳结构观测传感器奠定了基础。　　 本论文的工作，为基于扫描探针和显微光学成像的微纳米观测技术提供了一些新的理论分析方法和技术发展途径，为发展新型微观结构内观测技术奠定了技术基础。