细胞作为生物体的基本结构和功能单位,是生命科学中一个重要的研究课题,活体生物细胞新陈代谢过程中内部结构组织的运动变化更是现在生物医学的研究热点。大部分的生物细胞为透明或半透明的相位型物体,而传统的光学成像方法只能记录物体的振幅信息,因此无法有效的对生物细胞进行成像。数字全息作为一种新型的成像技术,具有高灵敏、高分辨率以及快速、无损测量等优点,可广泛应用于医学诊断及微结构检测等领域。另外,将数字全息成像技术与微流控技术相结合可以有效的应用到医学检测和血液检测中。与传统的光学成像相比,数字全息除了能获得物体的振幅信息外还能获得物体的相位信息,在处理相位物体时具有极大的优势。与传统的光学全息成像相比,数字全息成像技术的图像存储、再现和传输非常方便灵活,能够实现对物体相位信息的快速处理和数值分析,而通过记录的相位信息能够反映出物体的内部结构和折射率分布。因此,利用数字全息成像技术能够有效快速对活体生物细胞进行非侵入、无损害的显微相位成像。本论文基于时空扫描成像方法研究了活体洋葱细胞在其生命周期的自然衰亡期间细胞内部组织的运动变化。论文第一部分,对时空扫描数字全息方法的成像分辨率和视场特性进行了实验研究。首先,在离轴数字全息成像系统中,利用载物平移台带动空间分辨率板进行水平移动,并通过将平移台的移动速度与成像系统中面阵CCD的采集速度匹配,实现待测物的时空扫描全息记录。然后,利用Matlab将CCD上记录的扫描全息图按照时间顺序进行拼接,得到时空扫描合成全息图。进一步,通过四步相移法消除合成全息图频谱中的干扰项,并利用数字全息再现算法对相移的合成全息图进行数值再现。研究结果表明,由于时空扫描方法的拼接过程中,将x-y分布的全息图取其列向按时间序列拼接,构成y-t分布的合成全息图,因此合成全息图中扫描方向的视场可以通过加长扫描时间而得到扩展。将时空扫描合成全息图的重建结果与分辨率板静止状态下的重建图像相比较,可以明显看出合成全息图的重建结果在扫描方向上具有更高的成像分辨率。论文的第二部分内容是,结合数字全息显微成像技术和时空扫描数字全息对活体生物细胞进行宽视场、高分辨率的显微相位成像。首先,实验验证了时空扫描数字全息与数字全息显微成像技术相结合能够有效扩展视野范围和提高图像分辨率;然后,在一段时间中对活体洋葱细胞样品持续进行多组次的扫描记录,将扫描记录的全息图拼接为合成全息图后进行数值重建,得到活体洋葱细胞的动态相位图。不同时间段内所得到的合成全息图的相位重建成像,展示出活体洋葱细胞在自然衰亡过程中细胞内部组织结构的运动变化;并且,在部分洋葱细胞样品的重建相位图中,呈现出细胞脱水产生的质壁分离现象。实验结果表明,时空扫描成像方法能够有效的扩展视场范围,优化成像分辨率,且非常适合应用于对活体生物细胞内部组织的实时成像。