摘要
三维重构技术能够定量提取胚胎发育过程中的空间信息，对于胚胎发育形态和
特征的展示以及分析具有重要意义。目前，针对微观生物个体的三维重构技术大多
基于荧光显微镜成像系统及刚性微操作辅助成像技术，这些技术对于活体样本通常
会带来光毒性和刚性损害。为了解决这一问题，本文结合可控气液界面声学微操作
技术，提出了一种基于多视角掩膜（Mask）的斑马鱼胚胎三维重构方法，该方法的
实现过程如下：
首先，基于可控气液界面声学微操作技术旋转斑马鱼胚胎，进一步采集获取胚
胎多视角图像。通过搭建、训练和测试基于迁移学习的VGG16图像分类网络，实现
不同胚胎发育阶段图像的筛选，为后续多发育阶段胚胎三维重构提供了数据支持。
其次，在原始U-Net图像分割网络的基础上，本文提出了一种基于共享编码的
SEU-Net+网络结构，该网络架构能够高效的完成各发育阶段胚胎的核膜图像分割任
务，同时能够以90%IOU左右的图像分割精度获取胚胎及其外膜的多视角掩膜图像。
然后，根据胚胎旋转稳定性的差异，本文建立了两种多视角图像粗校准模型。
由粗校准模型完成对多视角掩膜图像的标定，并求解出每视角图像的投影矩阵。进
一步提出一种基于体素的两阶段空间雕刻算法作为胚胎三维重构的基本方法，该算
法的输入为多视角掩膜图像和投影矩阵，输出为胚胎和膜的三维模型。
最后，针对多视角图像粗校准的相机外参难以准确恢复胚胎三维模型的问题，
本文由多视角重投影掩膜一致性构造了平均交并比损失（Miou-Loss）目标函数，并
使用智能优化器PSO迭代优化相机外参粗校准结果。由优化后的校准结果三维重构
得到更高精度的胚胎三维模型，并使用平均交并比（Miou）评价模型的精度。
多发育阶段胚胎三维重构实验结果表明，本文提出的多视角三维重构方法对于
活体斑马鱼胚胎三维模型的恢复能够达到显著的精度。其中多发育阶段胚胎三维模
型均可达到90%Miou左右的重构精度，最高可达94%Miou。相比常规方法，本文
构造的方法通过结合声学微操作技术，最大程度提高了对活体胚胎的无创性，同时
具有高精度、易于实施、低成本、泛化能力强等优点。此外，该方法在首次应用于
斑马鱼胚胎之后，可进一步拓展到一般胚胎或其它生物个体的重构与分析。
关键词：声学微操作；斑马鱼胚胎；图像分割；三维重构
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