无透镜显微成像技术是近十年发展起来的新兴显微技术,因其省去透镜仅使用图像传感器,具有体积小、系统可集成性强的突出特点,为便携式细胞显微和检测仪器的开发提供了较好方案,具有广阔的应用前景。但是,无透镜显微成像技术也存在衍射、低分辨率等问题,采集的图像难以直接应用于细胞检测。因此,提高系统成像质量并对图像信息进行实时处理是满足即时检测需求的便携式细胞检测仪亟待解决的问题。围绕以上关键问题,本文主要开展了以下4个方面的研究:1、为了提升无透镜显微的成像质量,首先建立光路模型,研究了无透镜成像系统的成像机理,明确了接触成像和同轴全息显微成像的条件。进一步分析了无透镜同轴全息显微的成像记录过程,分析无透镜同轴全息系统主要设计参数选择。提出了一种基于相位初值约束的迭代同轴全息再现算法,使孪生像抑制算法的运算速度和鲁棒性有了明显提升;2、为了提高无透镜显微图像的空间分辨率,研究了无透镜同轴全息显微系统中提升活细胞图像分辨率的方法。利用数字图像中的超分辨率重建技术,针对活细胞提出了基于布朗运动的提高图像空间分辨率方法。最终,通过实验验证该方法能够在不增加系统体积的情况下实现8倍超分辨率,解决了原始图像分辨率过低的问题;3、研究了无透镜同轴全息显微系统下细胞图像分类方法。采用PPED传统图像特征提取方法,利用特征向量的距离搜索实现了白细胞三分类。进一步使用CNN算法对白细胞进行分类,20×光镜采集的白细胞图像的三分类准确率能够达到97.78%。另外,提出了一种基于全息像的白细胞分类方法,在无透镜同轴全息显微系统下,白细胞三分类的准确率能够达到87.65%;4、提出一种基于无透镜同轴全息显微系统的流式细胞计数方法。开发了应用于无透镜显微成像系统的PDMS微流控芯片制造工艺,并制备了微流控芯片。在此基础上,设计了 PDMS微流控芯片和无透镜显微成像技术相结合的流式细胞计数芯片。采用提出的方法对血细胞进行了计数测试,其结果与全自动血细胞分析仪BC-5180的结果对比,其计数相对误差小于3%。通过上述研究,降低了无透镜同轴全息显微系统中数字全息再现算法的迭代次数,提高了稳定性;利用细胞在液体中固有的布朗运动,实现了无透镜系统下细胞图像分辨率的提升;在此基础上,针对白细胞图像分类进行了研究,提出了基于卷积神经网络的全息细胞图像分类方法;通过结合无透镜同轴全息显微成像技术和微流控技术,提出了高精度细胞计数方案。这些研究,提升了无透镜显微成像系统的实用性,拓展了图像传感器的应用范围,增加了细胞检测技术手段。根据上述研究,基于无透镜显微成像技术能够实现一种小体积的片上细胞检测系统,为微流控技术提供了新的成像方案,为细胞检测技术的微型化提供了思路,为微电子技术和细胞检测技术相结合提供了可能。