题目：显微视觉三维测量技术研究

随着现代科学技术的不断提高，微小、超精密领域是人类研究的重要发展方向之一，而显微视觉三维测量技术由于具有无接触、快速、准确、自动成像与分析等优点则成为微观领域的热门研究内容。论文围绕横向课题“传动间隙测量研究”和863基金“细胞立体成像研究”开展工作，针对体视显微视觉三维测量和光学断层显微视觉三维测量涉及的关键技术，从理论、方法和实验上进行了深入的研究和讨论。在体视显微视觉建模和标定、光学断层显微图像处理等方面完成了一系列的工作，分别研制了传动间隙测量系统和活性细胞三维形态测量系统，并进行了实验验证。论文的主要内容包括：1.通过分析显微视觉三维测量技术的研究内容和研究现状，明确了显微视觉三维测量技术的现实意义和发展方向，指出体视显微视觉的测量模型、标定方法和光学断层显微图像复原是构建显微视觉三维测量系统需要重点研究的问题。2.提出了摄像机坐标系位置自适应模型及标定算法。该模型仅要求摄像机坐标系原点处于光轴上，可自由移动。通过寻找摄像机坐标系在光轴上的最佳位置降低了标定过程中优化目标函数的非线性强度，使得优化对初值不敏感，易于收敛到最佳值。经仿真实验验证了该模型有效提高了体视显微视觉系统的标定精度和对噪声的抗干扰能力。3.推导了仿射摄像机模型对非共轴摄像机建模的有效性。非共轴光学系统中，两个子系统的仿射成像方程的联合仍保有仿射模型的特征，类似的结论还可推广至多个子系统的非共轴光学系统。推导表明了仿射摄像机模型可应用于体视显微镜。4.提出了基于外参不变量的仿射标定算法。该算法根据仿射模型的外参和针孔模型的外参物理意义相同，通过自由移动的二维平面靶标首先标定外参，然后再标内参。经实物标定实验验证了该标定算法有效提高了体视显微视觉系统的标定精度和标定速度。5.研究了光学断层显微图像的Sigma滤波预去噪算法，然后介绍了宽场显微镜厚样品成像退化模型，包括成像方程的推导和理想点扩展函数的估计，最后分析了基于全变分正则化技术的Richardson–Lucy复原算法。经实验验证了上述图像处理算法的有效性。6.研制出基于体视显微视觉的传动间隙测量系统，完成了相应的软硬件设计，在系统平台上基于摄像机坐标系位置自适应模型进行精度测试实验，并同时完成平面重建实验和传动间隙测量实验。7.研制出基于光学断层显微视觉的活性细胞三维形态测量系统，完成了相应的软硬件设计，在此系统平台上进行了系统精度测试实验，并同时完成细胞形貌恢复实验和细胞数量统计实验。