显微视觉系统的实现对于微操作系统实现自动操作和提高系统性能有决定性作用.该文以面向生物工程的微操作机器人系统为应用背景,设计并实现了一个显微机器视觉系统,并对相关的关键技术进行了深入研究.该文的研究内容主要集中在以下几个方面:显微视觉系统理论的研究.目前还未见对显微视觉进行系统地研究的报道.在分析已有的用于微操作系统的机器视觉系统的基础上,提出显微视觉系统的体系结构和面向任务的视觉系统设计思想.系统体系结构的研究使显微视觉系统的建立不再单纯依赖于经验.显微视觉系统高精度标定技术的研究.显微视觉系统要标定的参数需要根据视觉伺服结构来确定,一般少于传统的宏观视觉系统需要标定的参数.采用物镜显微尺并结合Hough变换的方法实现了对视觉系统参数的高精度标定并对标定误差进行了定量分析.目标检测、识别和跟踪的研究.对于静态目标,该文提出用"粗-精"两步法实现准确检测;对于运动目标,分别采用基于正规化相关系数的模板匹配方法和基于图像分割技术的方法进行识别和跟踪.实验证明,跟踪的精度和速度完全满足要求.自动聚焦技术的研究.提出了一个边界面积聚焦测度和变步长搜索策略相结合的方法,实现了自动聚焦.视觉伺服控制的研究.视觉伺服控制是实现自动操作的前提.在分析视觉伺服控制方案的基础上,指出基于图像的"看-运动"方法最适合作为微操作系统的视觉伺服方案.建立了图像雅可比矩阵,实现了视觉伺服控制;并且实验证明了视觉伺服控制的有效性.单目深度恢复的初步研究.深度信息的获取是显微视觉领域一个具有挑战性的问题,传统的立体视觉方法很难实现.根据显微视觉系统景深小的特点,该文提出用聚焦分析的方法进行深度恢复,并用实验结果证明了方法的可行性.视觉系统实现的研究.在分析视觉系统计算负荷的基础上,采用软件编程技巧平衡负荷,与专用硬件结合实现了视觉系统.多次实验证明该视觉系统稳定、可靠.