当被测物体不满足稀疏条件时,传统同轴数字全息相位恢复方法无法消除共轭像的干扰,也无法获得正确的相位重建结果;而离轴数字全息受最小记录距离的限制分辨率较低。为此,提出了一种将离轴和同轴数字全息相结合的复合数字全息成像方法。该方法只需记录一幅离轴全息图和一幅同轴全息图;采用约束最优化算法从离轴全息图中得到记录平面内物光波的近似相位分布;将此相位信息与同轴全息图的强度信息合成记录面内物光波复振幅的初始值;再利用迭代算法实现物体强度像和相位像的高分辨率重建,该方法的理论分辨率与图像传感器的分辨率相同。实验结果表明,该方法可以充分利用图像传感器的空间带宽积,能在对复杂物体成像时消除共轭像,实现大视场、高分辨率数字全息成像,实验成像分辨率接近理论分辨率。

由于传统的显微镜成像需要精确的光学聚焦过程，很难检测到在水体中运动的肝吸虫尾蚴，更难以对其进行连续的动态观测.针对此问题，提出了利用单光束同轴数字全息视频技术对在水体中运动的肝吸虫尾蚴进行连续动态观测的方法，研究了其中的动态跟踪聚焦算法和视频处理算法.利用上一帧再现像中尾蚴的中心位置作为下一帧全息再现中聚焦窗口的中心位置，使聚焦窗口始终跟随观测的尾蚴移动，从而保证处理全息视频时每一帧再现像都能准确自动聚焦，使再现视频中肝吸虫尾蚴始终处于清晰状态.进行了肝吸虫尾蚴观测实验，得到肝吸虫尾蚴在水体中运动的全息再现视频，并对其运动轨迹进行了跟踪，总结了肝吸虫尾蚴在水体中的运动规律.实验结果表明，利用数字全息技术拍摄一张数字全息图即可观察到水体中不同位置的肝吸虫尾蚴，检测更加方便高效;本文提出的数字全息视频成像技术能实现对水体中的肝吸虫尾蚴或其它浮游生物进行连续动态观测.

用数字全息进行动态观测时, 由于不同物体记录距离不同, 且不断地变化, 再现像不能始终处于清晰状态。本文提出了利用同轴数字全息视频技术实现在三维空间内对运动物体进行连续动态观测的方法, 研究了其中的动态跟踪聚焦算法和视频处理算法。利用上一帧再现像中观测物体的中心位置作为下一帧全息再现中聚焦窗口的中心位置, 使聚焦窗口始终跟随观测目标移动, 从而保证处理全息视频时每一帧再现像都能准确自动聚焦, 使再现视频中要观测的目标始终处于清晰状态。采用上一帧的聚焦距离为下一帧再现距离的搜索中心、避免处理不同全息图时的重复运算等方式来提高数字全息视频的处理速度。实验结果表明, 本文提出的数字全息视频成像技术能实现在三维空间内对某一特定运动物体进行连续动态观测。

传统的种子活力检测法不能实现对每一粒种子进行精准无损检测。通过实验研究了利用主观激光散斑和客观激光散斑检测大豆活力的方法, 对已有的各种散斑动态特性描述算法的效果及检测速度进行了比较。结果表明, 利用主观激光散斑和客观激光散斑均可实现对每一粒大豆种子活力的快速精准无损检测; 需要以图像的形式给出定性检测结果时, 应采用主观激光散斑进行检测, 采用广义差分算法进行处理。需要得到大豆活力的定量检测结果时, 应采用客观激光散斑进行检测, 采用相关系数法对散斑进行处理。

研究了利用激光散斑的动态特性对涂料的干燥过程进行监测的基本原理和激光散斑动态特性的实时描述算法，提出了差分平均值算法.通过求取一定间隔两帧散斑图的差分图，利用差分图的灰度分布直方图来定性地描述激光散斑动态特性的强弱，用差分图的灰度平均值定量地描述激光散斑的动态特性的变化.实验结果表明，利用激光散斑的动态特性可以实现对涂料干燥过程的无损、在线监测，该算法可以在监测过程中实时给出结果，具有运算时间短、对硬件要求低的特点.

由于水的表面易出现抖动或波动情况，而传统的显微镜成像需要精确的光学焦聚过程，因此不适于观察漂浮于水表面的血吸虫尾蚴.本文论述了用同轴数字全息检测血吸虫尾蚴的基本原理.通过对再现像进行小波分析发现，偏离焦点时的小波变换高频系数的幅值比聚焦时要小得多.针对这一特点，本文对小波变换清晰度评价函数进行了改进，将原来利用高频系数之和改为利用聚焦窗口中高频系数的最大幅值为清晰度评价依据.在模拟实验结果中清晰度评价函数极大值出现在再现距离与记录距离相等处，说明了该算法的准确性.建立了用于血吸虫尾蚴检测的实验装置，可方便获取普通显微图像及数字全息图.实验结果表明，本文提出的算法能实现实际情况下的数字全息自动聚焦，其再现像的分辨率与装有1倍显微镜头的数码显微镜分辨率相当，足以清晰地分辨出血吸虫尾蚴的尾部分叉特征.利用同轴数字全息技术可在水面与图像传感器之间的距离不确定的情况下实现对血吸虫尾蚴的检测.

由于数字全息采用相干光成像，当再现距离偏离焦点时，再现像的边缘会出现振荡现象，采用传统的清晰度评价函数不能准确实现自动聚焦。通过对再现像进行小波分析可以发现，偏离焦点时的小波变换高频系数的幅值比聚焦时要小得多。针对这一特点，对拉普拉斯算子和小波变换清晰度评价函数进行了改进，将原来利用高频系数之和改为利用聚焦窗口中高频系数的最大幅值为清晰度评价依据。为便于同时观察到数字全息三维空间内的目标，还提出了将不同层面上的再现像进行融合的算法。进行了模拟数字全息自动聚焦及再现像融合实验和用数字全息观察生物标本的实验。实验结果表明，改进后的清晰度评价函数可以准确实现数字全息的自动聚焦；提出的融合算法可以将数字全息再现后得到的一系列再现像融合到一幅图片中。

为减小在动态干涉条纹的相位提取中噪声带来的计数误差，研究了在希尔伯特变换相位提取的基础上，利用反正切相位跳变特性，通过软件实现可逆计数的抗干扰算法。通过模拟实验对算法的抗干扰性能进行了验证，实验结果表明：所提出的相位提取算法具有较强的抗干扰性能，在信噪比为11时，算法仍然能得到正确的结果。

实时全息干涉法可以观察记录整个测试过程中条纹图的动态变化，传统相位提取算法只适合于静态干涉条纹图相位的提取。根据实时全息干涉条纹和希尔伯特变换的特点，提出了利用希尔伯特变换提取实时全息干涉条纹相位值的方法，采用了高通滤波的方法减少背景光强的影响，对铝片受力变形实验中实时全息干涉条纹的相位变化分布进行了提取。实验表明：希尔伯特变换法适合于动态条纹的相位提取，可以自动提取实时全息干涉测量过程中全场各点在任意两个时刻间的相位变化值，且测量结果与实时全息干涉条纹人工分析结果一致。

由条码扫描仪获得条码图像的过程可以用理想条码信号与扫描仪光学系统点扩散函数的卷积模型来描述。反卷积是消除由光学系统点扩散带来的模糊现象的最好办法。为克服反卷积的病态问题，研究了反卷积的正则化方法；针对条码信号的特点，构建了适合于条码信号复原的惩罚项，提出了条码信号的正则化复原算法及其适合于计算机运算的迭代算法。通过实验研究了算法在不同情况下的抗干扰能力。实验结果表明，正则化条码信号复原算法在消除系统点扩散函数的影响的同时能够很好地抑制噪声。