在细胞注射、细胞核移植等实验中,微操作技术被广泛地应用,在空间站进行细胞微操作实验,则对揭示细胞生命发育、医学技术发展、基因遗传等研究具有重要意义。然而,空间站特殊的工作环境对微操作系统的便携性和稳定性、微操作的自主性提出了更高的要求。为了实现安全、独立的细胞微操作实验,本文基于面向空间站设计的工业显微镜微操作系统,针对细胞显微注射实验,设计与实现了一套全自主的微操作状态检测方法,具体研究内容包括:首先,对微操作过程中微针、细胞等目标的视觉检测,设计并实现了一系列目标检测算法。本文根据显微图像亮度不均匀的特点,设计了非线性空间滤波算法,来补偿图像亮度不均,并凸显前景目标。在微针检测方面,设计了简单背景下的微针快速检测方法,用于在微操作初始化时判断微针是否存在于视野中;之后设计了基于凸包与轮廓关系的微针检测与定位方法,实现了细胞粘连情况下的目标分割。在细胞检测方面,采用了基于细胞轮廓直方图的细胞检测与定位方法,实现了在多种放大倍率下细胞的准确检测。其次,针对全自主细胞显微注射过程,设计了状态检测和异常处理方法。本文实现了细胞显微注射中的关键状态检测,包括不同放大倍率下的吸持针、注射针聚焦状态检测、细胞吸持和释放状态检测、注射针撤离细胞状态检测等。在此基础上,为保障在空间站进行安全、稳定的微操作实验,本文针对实验过程中出现的显微相机异常、注射针撤离失败、断针进行了相应的诊断处理,并对注射针注出气泡、系统环境亮度发生变化等异常情形进行处理,以此提高系统的独立自主性能。最后,通过实验验证本文方法的有效性。使用本文所提出的目标检测算法验证了在多种放大倍率下微针、细胞的检测与定位效果。在细胞显微注射实验中,针对细胞操作过程中重要的操作进行状态检测与异常状态处理实验,验证了微操作状态检测与异常处理对实现安全、自主的微操作实验的有效性。