短纤维增强复合材料中,纤维的长度和取向分布可反映材料的内部微观结构,对分析材料的宏观性能起着极为重要的作用。但目前传统的基于显微图像处理的纤维取向和长度的测量方法在实际应用中存在工作量大、工作效率低、测量结果易受影响等问题。因此,本文主要从提升工作效率和结果可靠性的角度出发,分别对纤维长度和取向的测量方法进行了研究。提出了一种基于骨架分段组合的纤维长度自动测量方法,主要解决了复杂交叉情况下纤维分离的问题,使纤维长度的测量能够同时满足自动化测量和大规模测量的要求。该方法的核心在于提出使用纤维骨架段代替离散像素点作为检测纤维的基础数据,从而避免纤维复杂交叉情况对纤维检测效率和准确度的影响,实现交叉纤维的自动分离。经实验证明,该方法切实有效,纤维长度测量结果与手工测量结果最大相对误差仅为5.2%,获得的纤维长度分布曲线与手工计算结果非常一致。成功将SEM三维重建技术应用于纤维取向的测量,创新性提出了一种基于SEM三维重建的纤维取向测量方法。首先对SEM立体图像对间的极几何关系进行了分析,发现SEM立体图像对中极线是近似水平的,并且对应极线高度之差为一个定值。通过对比分析,选择双边滤波和GAC活动轮廓模型分别对SEM图像进行平滑和分割处理,进而正确提取了纤维轮廓。利用极线约束、最高-最低轮廓点约束简化了纤维轮廓的匹配过程,并成功恢复了纤维轮廓的三维信息。利用随机抽样一致性思想对基于坐标转换的三维空间圆柱面拟合方法进行了改进,以降低轮廓点云中噪声和离群点的影响,准确拟合出纤维柱体并确定了纤维轴线方向。最终提出了基于SEM三维重建的纤维取向测量方法。碳纤维增强PLA复合材料薄膜断面上纤维取向测量实验结果表明,基于SEM三维重建的纤维取向测量方法具有较高准确性,可以很好地完成纤维取向及分布的测定任务。碳纤维增强PLA复合材料拉伸样条断口上纤维取向测量实验结果表明,基于SEM三维重建的纤维取向测量方法可以得到丰富和准确的量化分析结果,使借助SEM对复合材料中纤维取向的研究从定性分析提升至定量表征。本文的研究工作为定量表征短纤维增强复合材料的微观结构提供了实用手段,为复合材料的设计与研究提供了客观的数据支持。