菲涅尔非相干数字全息系统(Fresnel incoherent correlation holography,FINCH)采用空间光调制器(Spatial Light Modulator,SLM)和电荷耦合器件(Charge-Coupled Device,CCD)作为核心元件,通过设计SLM上加载的相位掩模将来自于非相干物体上任一点的光分成两束自相干光,这两束光干涉后形成点源全息图(Point-Source Hologram,PSF),所有点源全息图叠加后由CCD记录,即为物体的非相干全息图,将全息图数值处理并重建后即可得到物体的三维空间信息。该系统相较于传统全息系统具有结构更简单,记录与重建更灵活,对光源的相干性要求更低的特点,更重要的是它可以作为一个模块与任何成熟光学系统相匹配。本文主要研究基于FINCH系统的全息彩色相机成像特性,将液晶可调滤波器(Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF)引入FINCH系统,记录物体在不同照明波长下的全息图,经重建与光谱图像融合后得到物体的三维彩色重建像。通过该系统不但可以获取物体的三维空间信息,还可以提取其光谱信息,拓展了光探测的信息维度,在微生物探测追踪、高精度工业检测、国防科技、空间遥感与识别、农林生产防害产业等领域具有潜在应用前景。论文主要包括以下四个部分:(1)分析典型FINCH系统的点扩散函数,研究影响系统分辨率的因素,并通过对USAF1951标准分辨率板成像验证。(2)在FINCH系统中引入LCTF,给出彩色全息记录系统的点扩散函数、横向放大率和重建距离,分析横向放大率与波长之间的关系,通过设计相位掩模实现系统在无任何机械扫描的情况下获得放大率恒定的光谱全息图;搭建非相干数字彩色全息系统,记录彩色耳钉和骰子的红绿蓝三色全息图,经重建与融合后得到具有高颜色重现性的彩色三维像。(3)采用以上横向放大率恒定的非相干数字光谱全息记录系统,记录骰子在可见光波段每隔10 nm的光谱全息图,经重建后获取骰子表面任一点的光谱曲线。(4)将非相干数字光谱全息系统与显微成像技术相结合,选用生物细胞样本作为实验对象,记录并重建后可同时获取组织细胞形态结构信息和光谱信息,为肿瘤识别提供了一种新的途径。