利用数字化技术构建植物单株及其器官组织的3D可视化模型,对于深入认识植物生长机制、理解植物结构与功能关系、指导作物栽培、育种和生产等具有重要研究意义和应用前景。当前,建立植物组织3D可视化模型的主要方法是利用组织切片技术获取序列切片图像,进而利用计算机三维重建技术逆向重构出植物组织的三维形态,其中序列图像配准是进行准确三维重建前提和基础。本文工作主要集中在以下几个方面：第一,以黄瓜茎和玉米根为例,研究植物样本及组织切片制备过程,获取高精度的显微图像,并系统分析了维管束组织切片图像的特征；第二,比较和分析了各类图像配准算法的优缺点,根据图像的灰度信息和结构特征,分别采用基于图像灰度的方法和基于图像结构特征的方法,有效地实现了不同类型的植物组织序列切片图像配准；第三,对图像配准结果进行评价,即通过减法滤波器和三维重建效果直观评价配准结果,并利用互相关系数等测度值对配准结果进行量化验证；第四,设计开发了植物组织切片图像的配准系统,基于图像配准和三维重建技术建立维管束的数字模型,验证本文方法和系统的有效性。本文研究的主要贡献和创新点在于1.针对植物组织切片图像特征,采用适合的图像配准方法实现序列植物组织切片图像配准,并首次利用图像配准和三维重建技术建立黄瓜茎和玉米根的数字模型。2.提出力矩主轴法与互信息法相结合的配准方法,实现具有灰度相似性的序列图像配准,在有效避免局部极值的同时,保证了较高的配准效率3.利用特征检测方法确定配准参数,再利用仿射变换进行配准,在一定程度上解决了结构差异显著的切片图像之间的配准问题。