在光学显微成像领域,由于物镜数值孔径的限制,景深和分辨率之间、视场与分辨率之间存在不可兼得的矛盾。解决这类问题时广泛采用的方法是景深拓展和图像拼接的方法。它们可以在保持原分辨率的情况下提升纵向景深和横向视场。同时,在生物医学领域实际观察的样品大多是无色透明的弱相位物体。对于透明样品,我们难以直接观测到其强度信息,此时便需要利用样品相位信息的定量相位成像方法。因此我们需要开发出能够对相位物体进行精确定量相位恢复的算法以及适用于透明相位物体样本的景深拓展和图像拼接方法。最后,将上述算法都集成于一台显微系统,并结合显微系统多模态、数字化、自动化发展的趋势,设计一款软件与硬件相配合的、集多种模态成像和图像拼接融合等分析功能于一体的智能化显微系统具有重要的意义。本文的主要工作内容包括:（1）提出了一种基于频谱融合和优化照明的精确定量相位恢复算法。这是一种差分相衬相位恢复方法。对于相位物体中的复杂厚样品,传统的差分相衬相位恢复方法由于采用近似的限制而不能同时准确恢复该类样品的概貌和细节,因此需要一种对任意样品都能有较好效果的定量相位恢复方法。本文提出的这一算法可以结合两种差分相衬方法的优势,突破近似的限制,实现对复杂厚样品相位的精确恢复。同时由于其算法高效灵活、不依赖硬件改动以及实时性好的特点,它也非常适合于搭载在我们的显微系统之上。（2）研究、对比和优化了适合搭载于自动化显微系统的景深拓展与图像拼接算法,并实现对相位物体的景深拓展与图像拼接。鉴于如今显微系统多模态、自动化的新发展趋势,本文经过研究对比,选择并优化了一套简便高效、契合显微系统应用情景的景深拓展与图像拼接算法。同时,对于相位物体,一方面本文的精确定量相位恢复算法为相位物体的景深拓展与图像拼接提供了有力的支持。另一方面,得益于频谱融合和多尺度分解思想的启发,本文对相位物体的图像拼接算法作了进一步的优化,提高了算法效率。（3）设计了一款集多模态成像、景深拓展、图像拼接融合等功能为一体,软硬件协同的自动化小型化显微分析系统。其中尤其以相位成像以及相位图像景深拓展、图像拼接算法为独特优势。本文对相关算法和系统设计做了较为全面的研究,发现并提出了一些值得深入研究和改进的地方。未来的显微系统将有更为成熟稳定的算法来提升横向和纵向可观察的视场范围并越来越重视系统的相位成像能力,同时具备多模态、小型便携等优势,成为科技发展的用力工具。