随着生命科学的快速发展,基于细胞微操作的体细胞克隆、试管婴儿、药物研发、细胞分割等研究越来越广泛,解决了许多医学上的难题。传统的手工细胞微操作需要熟练的专业人员,即便如此,操作效率仍然很低、重复性差、细胞存活率低,为了满足大批量的生物需求,微操作自动化是发展的必然趋势。同时将视觉传感器引入微操作系统中,可代替人眼获取细胞位置、执行器末端工具位置等信息,是自动化微操作系统不可或缺的部分。目前的自动化微操作系统中图像处理速度较慢,无法为伺服控制系统提供实时的视觉反馈信息,因此控制精度较低。本课题为了解决上述问题,搭建了基于视觉的细胞微操作系统,设计具有鲁棒性、实时性的图像处理处理系统和视觉控制系统。本文通过分析细胞注射的过程,得到细胞自动化注射系统的设计需求,搭建一个适合细胞注射的微操作系统。微操作系统包含硬件和软件系统。硬件系统根据功能不同分为视觉模块、控制模块、执行器模块,对每个模块进行详细的功能介绍和选型设计;对于软件系统介绍软件搭建的平台环境,同时对应每一个硬件模块开发合适的软件功能。在图像处理系统中,研究了基于图像的自动聚焦算法,得到了细胞与探针的相对深度,获取了清晰的图像,提高了系统的自动化程度。本文对现有5种常用的清晰度评价函数进行分析,并对Tenengrad函数进行改进,提出灵敏度更高的K-Tenengrad清晰度评价函数。在探针的识别方面,采用了基于轮廓特征的模板匹配算法,算法以图像的梯度作为轮廓特征。加入惩罚机制,设计合适的打分机制提高算法的稳定性。对图像梯度方向进行二值化操作,利用图像金字塔结合广度优先的搜索策略,配合贪心的提前终止搜索的方法,能够加快算法的运行速度。提出基于形状特征的粒子滤波算法,解决了经典的基于颜色空间的粒子滤波对光照变化、跟踪区域颜色与背景颜色相似敏感的问题。利用形状特征模板匹配代替颜色直方图匹配,计算相似度,可以使算法在光照变化和颜色相似时更加稳定。微操作系统只通过视觉来获取外部信息,所以系统采用基于图像的视觉伺服控制,通过PID控制器控制机械臂。对5组斑马鱼胚胎细胞进行自动化显微注射,验证细胞注射实验验证微操作系统的可行性。