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。

为快速、准确地对中药饮片细胞进行形貌表征，采用理论分析与实验验证相结合的方法，对球面参考光像面数字全息显微术进行了研究。结果表明，通过适当调整参考点源的位置，球面参考光像面数字全息显微术可以准实时地消除显微物镜引入的二次相位畸变，利用自动相位补偿算法能够快速、有效地消除因参考光偏离光轴带来的一次相位畸变，准确再现样品的相位信息。基于研究结果，利用所建立的球面参考光像面数字全息显微术对中药饮片蒲黄细胞进行定量成像，由相位分布给出了细胞的大小及形貌特征。

细胞三维定量成像为中药饮片显微鉴别提供了新方法。为了提高数字全息显微成像质量，采用理论分析与实验验证相结合的方法，对球面参考光像面数字全息显微术的记录和再现过程进行了研究，提出了利用标准分辨率测试板对系统放大倍数、物距等参数进行标定的方法；并利用实验结果对两种常见的相位解包裹方法进行了对比。结果表明：球面参考光像面数字全息图不仅具有较高的信息容量，而且再现过程非常简单，还可以在记录过程中实时观察被记录样品的情况，并选择恰当的被记录区域。利用美国空军分辨率测试板的强度再现像就可以对全息成像系统的放大倍数等参数进行精确标定；利用基于横向剪切的最小二乘解包裹方法可以得到具有较大纵深细胞的准确相位；采取边缘识别技术，可以提高细胞再现像显示效果。