衍射场作为叠层衍射成像技术（ptychography）的重要约束，其信息的丰富度和准确性将直接影响重构质量。提出一种基于极大似然噪声估计的高动态范围（ML-HDR）叠层衍射成像方法，即在探测器线性响应假设下，构建复合高斯噪声模型，根据极大似然估计求解最优权重函数，由多张低动态范围衍射场合成高信噪比衍射场。对比了单次曝光、传统HDR和ML-HDR三种方法的重构质量。仿真和实验结果表明：相比单次曝光，ML-HDR能将动态范围拓宽8位，重构分辨率提升至2.83倍；相比传统HDR，ML-HDR能提高重构图像的均匀性和对比度，且无需额外标定硬件参数。

高次谐波自身特性的表征是其在超快时间测量中应用的前提，但是由于其所处波段和宽带光源的特性，使得其三维时空相位的完整测量一直是高次谐波表征的难题。多波长高次谐波的相干合成可以获得阿秒脉冲，但是目前阿秒脉冲的相位测量也只能获得一维时域信息。针对以上问题，提出了一种改进的混态叠层衍射成像方案来解决高次谐波的空域测量，成功实现由多个极紫外（EUV）波长构成的高次谐波梳的空域复振幅重建，并研究了样品吸收对空域复振幅重建过程的影响。研究发现，对于多波长高次谐波重建速度和质量，存在最优的样品衍射图案对比度。

傅里叶叠层显微成像技术通过拓展频谱的方法合成细节信息更为丰富的单帧图像,实现在大视场下重建高分辨率图像。然而,成像系统中普遍存在的各种像差往往导致成像模糊,重建图像分辨率下降。针对上述问题,提出一种基于叠层衍射成像的像差校正方法,在更新频谱和光瞳函数时,通过自适应选取频谱和光瞳函数当前值与最大值的最佳比例,提高了迭代重建的质量。利用上述方法,首先重建加载混合像差的仿真图像,并选用峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)为评价指标。仿真结果表明,相比于传统的嵌入式光瞳恢复算法,本文方法可以大幅提升重建光瞳函数的PSNR和SSIM,分别增长14.9%和1.4%。为进一步验证算法在真实图像上的有效性,采集了人体血细胞样本图像并进行重建,结果表明,重建图像清晰,能够准确分辨细胞轮廓。

作为一种新兴的无透镜相位恢复技术，叠层衍射成像大大提高了传统相位迭代恢复算法的收敛速度和抗噪能力，具有大视场、高对比度、高分辨率、无需标记、长工作距离、不丢失相位低频分量等优点，在多个领域得到了广泛的应用。介绍了量化相位显微成像领域的研究现状与最新进展，特别是传统叠层衍射成像术(CP)和傅里叶叠层衍射成像术(FP)的基本原理、技术进展及相关应用，着重介绍了快速FP及基于FP的荧光显微成像技术，总结了CP和FP目前面临的问题及未来的发展趋势。