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。

基于菲涅耳衍射理论,详细推导了预放大数字全息系统的点扩散函数表达式,并由此分析了该成像系统的分辨率.通过分别对整个系统、显微物镜以及CCD的点扩散函数幅值的计算机模拟,讨论了显微物镜与CCD分辨率之间的匹配问题.指明了现有文献中一些含糊说法.结果表明:恰当选择记录参量,使MO的成像分辨率接近于其极限分辨率,同时还要使CCD在满足抽样条件与再现像分离条件的情况下,再现像分辨率等于或略高于MO的分辨率.