为了提高数字全息显微中的重建精度及速率, 采用理论分析与实验验证相结合的方法, 对数字全息显微中基于同态信号处理的广义线性重建算法进行了理论分析, 比较了同一物场在不同物光与参考光强比条件下的实验结果。结果表明, 随着参考光与物光光强比的不断增大, 广义线性重建算法再现像质得到明显改善,但当这一比值增大到一定值时, 再现像质量则逐渐下降。寻找合适的物光、参考光光强比, 是利用数字全息广义线性重建算法实现高质量再现像的重要条件。

为了快速准确地对含有噪声及欠采样区域的包裹相位图进行展开，采用理论分析与计算机模拟及实验验证相结合的方法，对基于快速傅里叶变换(FFT)的最小二乘法(FFT-LS)、基于离散余弦变换(DCT)的最小二乘法(DCT-LS)、基于横向剪切干涉的最小二乘法(LS-LS)和预条件共轭梯度法（PCG）的四种相位解包裹算法作了对比研究。结果表明：DCT-LS算法运行速度最快，LS-LS算法次之，PCG算法速度最慢,PCG算法对于噪声的免疫力最强,LS-LS算法处理欠采样的效果最好。

为了提高预放大数字全息显微系统的成像质量，采用理论分析与实验验证相结合的方法，分别对采用平面及球面参考光记录的预放大数字全息显微系统进行了研究和比较。结果表明：在通常的实验条件下，系统的横向分辨力主要取决于显微物镜的成像分辨力;记录距离较小时，两种系统的横向分辨力均随着记录距离的增大略有降低;但当记录距离较大时，球面参考光预放大数字全息系统的横向分辨力降低得更为明显，即平面参考光预放大数字全息显微系统较为优越;在记录距离为0的情况下，即像面数字全息成像情况下，两种系统的再现像均具有最高的分辨力，在利用普通工业用传感器条件下，横向分辨力远超过了2.19 μm，且像质较好。因此，尽可能减小全息图的记录距离，或者采用像面数字全息系统，可以有效提高数字全息系统的成像分辨力。

为了快速准确地对含有噪声的包裹相位图进行相位展开, 采用理论分析与计算机模拟及实验验证相结合的方法, 对基于快速傅里叶变换(FFT)的四种典型算法--四次FFT算法(4-FFT)、二次FFT算法(2-FFT)、四次离散余弦变换算法(4-DCT)及横向剪切干涉与FFT相结合的算法(LS-FFT)作了对比研究。结果表明: 2-FFT算法运行速度最快, 4-FFT算法次之, LS-FFT算法速度最慢; 4-FFT算法对含有较强噪声和轻微欠采样的实验数据的处理效果是最好的; LS-FFT算法对强噪声数据的处理效果最差。

为了快速、准确地再现球面参考光预放大数字全息图的三维信息，采用理论推导和实验验证相结合的方式，对等曲率物光和参考光预放大数字全息显微系统的相位畸变补偿问题进行了研究。推导了该系统的点扩展函数，进而获得了物体再现光场的复振幅及相位畸变表达式，利用估测的相位掩模对再现光场相位畸变预补偿后进行相位解包裹，结合自动相位补偿方法获得待测样品较为准确的相位分布。对人体血红细胞进行了实验研究，结果表明，利用相位掩模对再现光场进行预补偿，一方面可以避免相位解包裹的错误，另一方面还可以有效消除再现光场的二次相位畸变，以实现利用单次自动相位补偿方法获得光场正确的相位分布。

为了提高数字全息成像系统的成像分辨力，对以球面波作为参考光波的预放大数字全息成像系统的记录和再现过程进行了理论推导，得出了该系统的脉冲响应表达式，并由此分析了决定该系统成像分辨力的因素。在CCD成像分辨力高于显微物镜分辨力的情况下,通过对分辨力测试板进行实验，讨论了系统分辨力与记录距离的关系。结果表明：再现像的分辨力对记录距离不敏感；但在记录距离为零，即像面数字全息系统下，再现像具有更高的分辨力。实验结果与理论分析一致。

为了能够同时处理含有较强噪声和欠采样区域的包裹相位图，对基于快速傅里叶变换的4种典型相位解包裹算法的速度、准确性及适用范围等相关问题进行了深入的研究，并且通过计算机模拟分析了该类算法中的4种经典算法的抗噪能力和处理含有欠采样情况的能力。结果表明，对于含有强噪声的数据，基于四次快速傅里叶变换算法的效果最好，基于横向剪切干涉和傅里叶变换相结合的算法效果最差；对于含有欠采样的数据，基于横向剪切干涉和傅里叶变换相结合的算法效果最好，基于四次快速傅里叶变换算法次之；对同时含有噪声和欠采样区域的实验数据，基于四次快速傅里叶变换的相位解包裹算法精度最高。

为了提高基于图像分割与合并的相位展开算法的精度，对已有的一种算法进行多方面改进，采取区域不等分措施，使得区域信息完整、准确再现；针对不同区域的噪声及欠采样情况，分别采取不同的相位展开算法；对分块合并时重叠区域进行加权叠加处理。利用仿真和实测数据对算法进行了验证，结果表明，改进算法能更准确、快速地恢复出被测物体的相位信息。改进后的算法不但适合于超大规模图像的相位展开，也适合于部分区域条纹过密的包裹相位图的展开。