随着人类对生命奥秘的不断探索,以基因工程和细胞工程为代表的现代生命科学受到了极大的重视。其中,显微注射是一项广泛应用于这两个领域的常规实验操作技术。显微注射采用手动操作除了费时费力外,其不可避免的对准和穿刺过程的轨迹误差,会极大影响操作对象的成活率。因此,细胞显微注射自动化是近年来跨学科的研究热点,包括细胞的姿态调整方法和穿刺力控制的研究。本文针对常规显微视觉微注射深度感知的困难,提出以双目远心相机和倒置显微镜构成三目复合视觉成像方法,采用五自由度操作器对注射针进行位姿操控,搭建了基于复合三视微成像系统的细胞注射平台,进行了在细胞注射微操作过程中的针-针对准研究。主要内容如下:1)基于双目远心相机/倒置显微镜的复合微视觉系统标定方法研究。利用远心相机的视场、景深和大工作距离的特征,获取工作空间内特定点的深度信息,而倒置显微视觉支持精细的显微注射操作。本文使用双目远心相机与倒置显微镜同时采集多个标定板位姿对应的图像,利用双目远心相机拍摄的图像求解标定板特征点的空间位置,形成虚拟标定板。在基于高斯成像模型的单图像标定方法的基础上,本文以虚拟标定板的重投影误差为代价函数,对单图像标定方法的结果进行非线性优化,进一步增强标定精度,并建立三个相机之间的空间位姿关系。2)毛细针的图像/空间特征提取方法研究。采用帧差法和形态学方法预先确定的毛细针感兴趣区域（Region of Interest,简称ROI）,完成毛细针的粗定位。在该ROI内,使用形态学方法粗定吸附针的轮廓,并结合基于边缘强度的亚像素边缘检测算法,以随机抽样一致的思想完成吸附针针尖的图像特征提取。根据双目远心相机的仿射特性,基于最佳三角形法求解针尖点的三维坐标,根据直线反投影方法求解针尖姿态,从而得到毛细针的三维位姿。3)基于视觉伺服的毛细针对准方法研究。针对细胞显微注射过程中对毛细针的姿态及位置进行控制的需求,根据多连杆模型对五自由度操作器进行运动建模,并计算对应的雅可比矩阵。本文提出开环分步式的毛细针位姿调整,基于四元数相乘规律对注射针的旋转运动进行分解,根据分解得到的两个旋转运动和五自由度操作器的运动学模型计算三维定位平台的位移。针对开环分步式方法的缺点,本文提出基于姿态的视觉伺服控制,以吸附针和注射针的相对姿态为偏差,自动完成注射针和吸附针的对准。针对吸附针本身姿态对注射过程的影响,本文将分步开环式方法的输出作为预测,提出含有辅助手动粗调的针尖姿态调整流程。完成毛细针针尖的位姿调整后,将系统切换至以倒置显微镜为视觉反馈,该视觉伺服采用基于图像的针尖伺服控制。4)细胞显微注射系统的构建与实验研究。根据本文所提出的复合微成像结构搭建了细胞显微注射平台,对复合三视微视觉系统进行了标定,并建立了五自由度操作器模型。基于操作器模型,分别进行了分步式姿态调整和自动姿态调整实验。使用已经完成对准的吸附针和注射针,进行斑马鱼胚胎的穿刺实验,从穿刺效果和斑马鱼胚胎细胞局部对称变形间接验证了毛细针对准的精度。