随着现代科学技术的快速发展，以及在生物医学、基因工程、高分子材料和微系统装配等领域日益增长的迫切需求，人类应用研究领域已经大大拓展了微尺度研究范围。在微操作系统中，操作主要是在一种非结构化的环境中进行。由于操作工具和目标十分微小，自动甚至半自动作业都十分困难，迫切需要对显微视域进行时空拓展。本文提出了对显微图像进行时空拓展的研究方法，以小波分析理论为依托，针对微操作在显微图像时空拓展中的关键问题进行了研究，并给出了具体的解决方案。 1、针对在大范围微操作中显微视野远小于操作区域，多目标的快速定位及清晰的整体轮廓与高分辨率细微结构视野同时获取比较困难的问题，提出了基于小波分频编码的大比率图像压缩策略对合成的全局视野显微图像进行压缩，在保持目标基本特征的前提下，将全局视野显微图像显示在一个屏幕视野中，实现了显微图像在二维空间域的拓展。 2、在显微视觉反馈中，微操作机器人系统需要建立一个敏锐的视觉反馈系统，既可以在全局视野中同时看到所有目标的位置信息，又可以通过视域选择确定感兴趣目标并高效地得到选定目标的细节信息。本文将虚拟现实技术应用于微操作中，建立了基于分辨率层次的视觉跟踪方案，并利用小波所具有的多尺度特性和良好的局部化特性，提出了基于小波的感兴趣目标局部重建算法来高效地获取同一目标多帧不同分辨率的图像，逐步得到微操作目标的高分辨率细节信息，从而只用少量的小波系数就可重建出所需特定目标的细节信息，克服了传统方案使用全部小波系数进行局部重建时所带来的资源消耗过大等问题，为大范围多目标微操作中目标快速定位提供了崭新的手段。 3、在生物医学工程中，为了观测微目标的变化过程，需要进行时间域拓展形成显微图像序列。由于微目标变化缓慢，显微图像序列具有极高的时间冗余度。为了提高显微图像序列观测时的流畅性，提出了一种基于三维小波变换的可伸缩帧映射算法，实现了显微视频在时间尺度上的快速伸缩，为可伸缩性算法的研究提供了新的解决方案。 4、当显微图像进行时间域延拓时，为了防止微目标游离出屏幕视野，将视觉伺服机制引入目标监控。鉴于视觉伺服机制对于图像处理速度的高效需求，根据显微图像序列的特点，提出了基于小波变换的背景估计算法快速检出目标，实现了时间域延拓中基于视觉伺服的显微视频目标监控策略。 5、通过基于全局视野的圆轨迹跟踪微操作实验研究，在讨论了传统轨迹规划方案的不足后，提出了新颖的笛卡尔空间的机器人特殊轨迹规划方案，实现了基于全局屏幕视野的大范围微操作特殊轨迹规划，从而进一步验证了微操作中进行空间域二维拓展、形成全局视野的应用意义。 6、本文在对以上关键性问题进行了大量理论分析的基础上，进行了系统实现和仿真实验，进一步验证了所提出理论和策略的可行性。