结合传统光学成像系统的性能评价方法,在数字全息自适应光学系统中利用点全息图的自相关函数来评价系统的成像性能。受白噪声的自相关函数近似为狄拉克函数的启发,通过增加点全息图的随机性,使其自相关函数接近狄拉克函数,以提高数字全息自适应光学系统的空间分辨率。提出一种使用随机相位板来增加点全息图的随机性,进而提高数字全息自适应光学系统成像分辨率的方法。对该方法进行数值模拟,研究随机相位板像素个数和随机相位均方差对系统成像分辨率的影响,并在实验室内搭建实验光路对该方法进行实验验证。实验结果表明,使用随机相位板能够有效提高数字全息自适应光学系统的成像分辨率。

基于菲涅耳非相干数字全息记录和再现的基本理论，对合成孔径非相干数字全息成像过程进行理论分析和计算；模拟仿真空间光调制器上加载透镜的方式对合成孔径非相干数字全息成像特性的影响，并对模拟结果进行分析；比较相位子全息图先拼接再重建、先重建再拼接2种再现方法对再现像质量的影响，并对仿真结果进行实验验证。结果表明：中心孔径是最重要的子孔径，采用中心孔径加4个十字型子孔径的成像性能较好，或者采用双透镜对称加载模式，可以减少合成孔径的子孔径数，缩短全息记录时间；证明了合成孔径技术在非相干数字全息中的适用性。

光学显微成像技术可以用来观察微小物体的结构细节, 但在生物样品的显微成像领域中, 像差的存在使得任何显微成像技术的成像质量都无法达到理论预期。为了解决这一问题, 自适应光学技术被应用于不同类型的显微成像系统中进行像差的探测和校正。着重总结了自适应宽场高分辨率显微成像技术的研究动态, 阐明了数字全息自适应光学技术和非相干数字全息自适应光学技术的特点、优势以及存在的问题。

采用基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统能够得到物体在非相干光照明下的全息图。对基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统进行了理论和实验研究。利用标量衍射理论计算了该系统在记录过程中的点扩展函数，获得了系统横向放大率及重建距离的具体表达式。搭建了基于迈克耳孙干涉仪的非相干数字全息显微成像系统的实验光路，利用CCD记录全息图，用广义相移数字全息干涉术去除孪生像与零级像，并用角谱算法得到了清晰的重建像。实现了分辨率板和洋葱表皮细胞等样品的非相干全息显微成像，验证了该系统的可行性。分辨率板的成像实验表明，该系统的横向分辨率可达512 lp/mm。微米洁面刷软毛的成像实验表明，该系统具有呈现物体三维结构的特性。

非相干数字全息自适应光学是一种新型的自适应波前探测和校正的技术。它利用全息图可以完整记录光波场的特性进行波前探测，结合适当的数值再现算法对光波前像差进行校正。基于菲涅耳非相干相关数字全息术(FINCH), 从理论上阐明了非相干数字全息自适应的基本原理，并给出了数值仿真结果。采用改进的迈克耳孙干涉仪光路配置，分别记录待观测物体与引导星的全息图，利用引导星全息图的复共轭对待测物光波进行波前校正，从实验上定量地研究了引导星尺寸、选取位置对波前校正效果的影响，在系统各光学元件给定的情形下，明确了引导星选择的空间和系统等晕区范围，实现了良好的波前校正效果。

在分析白光菲涅耳非相干数字全息记录和再现的基础上，详细讨论了再现像分辨率与记录参数的关系。分别对空间光调制器(SLM)上加载一个平面波和一个球面波相位，以及加载两个球面波相位情况下，实现白光菲涅耳非相干数字全息记录和再现进行了模拟和实验研究，定量分析了成像质量与记录参数的关系。研究结果表明，基于SLM的白光菲涅耳非相干数字全息能够以单通道、无运动的方式实现三维物体的快速记录和再现。理论上，无论SLM上加载一个平面波和一个球面波相位，还是加载两个球面波相位的白光菲涅耳非相干数字全息系统，其再现像分辨率都可以达到相同的最大分辨率。但在实验研究中，由于对光源的带宽和CCD尺寸的要求不同，加载两个球面波相位时对记录条件的要求比加载一个平面波和一个球面波相位的情况大大降低。在相同的实验条件下，前者再现像的分辨率远远大于后者。