数字全息显微成像是数字全息与光学显微相结合产生的新型显微成像技术,它利用CCD代替传统记录介质全息干板来记录放大后的物光与参考光干涉形成的全息图,通过在计算机上对光学衍射过程进行数值再现来获取微小物体的波前信息,从而将整个全息过程数字化。数字全息显微成像具有大视场、高分辨率、非接触、三维实时观测等优点,已成为了近年来研究的热点,并在细胞观测、生物医学、微纳器件结构检测等领域具有广泛的应用。本文通过理论阐述、计算机模拟仿真和实验验证,对数字全息记录光路、再现算法、成像质量影响因素、零级项与共轭像的去除以及超分辨率图像重建等基本问题进行了详细分析研究。主要研究内容如下:1、详细阐述了数字全息三种主要再现算法:菲涅尔衍射积分再现算法、卷积再现算法和角谱再现算法,分析了每种算法的适用性和优劣,并通过比较得出角谱再现算法是对光学衍射过程较为准确的描述,适用性也较强。2、对同轴数字全息和离轴数字全息进行了系统比较,得出了同轴数字全息对记录条件要求较低,且在CCD参数相同情况下,同轴数字全息对CCD的空间带宽利用率高,能记录更多的物光波信息,从而获得分辨率更高的再现像。3、分析了成像器件CCD参数对成像质量的影响,其中CCD像素尺寸主要影响再现像亮度,像素尺寸越大,再现像亮度越高;像素间隔影响再现像大小,像素间隔越大,再现像越小;感光面积则影响再现像的分辨率,感光面积越大,再现像分辨率越高。通过计算机模拟仿真对分析所得结论进行了验证,得出了实际的影响效果。4、基于Gabor同轴全息光路设计了无透镜数字全息显微成像光路,该光路以LED光为光源,消除了激光光源散斑噪声的影响,且具有成本低、体积小、重量轻;结构简单紧凑,易于集成化;可以同时获取大视场高分辨率图像等优点。通过具体实验验证了该实验光路的可行性,获得了清晰的物体再现像。5、针对零级项与共轭像会干扰实际物像从而影响再现像成像质量的问题,提出了常见的零级项消除方法HRO法和能去除共轭像的迭代相位恢复算法:GS算法和误差减少算法,通过实际实验证明HRO法和相位恢复算法可以有效去除零级项和共轭像,提高再现像的成像质量。6、叙述了超分辨图像重建的发展过程和几种重建算法,对其中使用最多的POCS算法提出了改进,并通过计算机模拟仿真和实验验证,证明了超分辨率图形重建对提高分辨率和改善成像质量的可行性。