数字全息术实现了光学、光电转换技术、计算机技术的高度融合，是一种全新的、高灵敏度的、高分辨率的、全场的、非接触的、准实时的三维显微成像与测量技术。目前，数字全息显微技术(DHM)虽已获得成功应用，但它还存在以下主要问题：(1)分辨率还不够高；(2)再现的实时性还比较低；(3)位相测量精度还不够高等。这些正是目前数字全息界研究的热点，也是本文着力解决的重点问题。本论文采用理论分析、计算机模拟和实验验证相结合的方法，主要进行了以下几个方面的研究：1.首先对数字全息技术的记录与再现过程进行了理论分析，并依次对常见的三种基于快速傅里叶变换的线性重建算法作了简单介绍，并对三种算法的优劣进行了讨论。2.为了在降低数字全息显微成像系统成本的同时实现高分辨成像，分别对像面数字全息显微系统和预放大数字全息显微系统的记录与再现过程、点扩散函数进行了理论研究，并对成像特点和横向分辨率进行了分析。像面数字全息显微系统是一种优化的全息记录系统，它可以实现信息的完整记录，且该系统的横向分辨率对CCD光敏面尺寸变化不敏感，像元尺寸的变化对该系统的横向分辨率影响甚微，而对于预放大数字全息显微系统，CCD的光敏面尺寸和像元的大小对其成像分辨率有很大影响。3.针对目前常用数字全息重建算法的非实时性和重建精度低等不足，提出了一种基于同态信号处理的广义线性重建算法(GL-HSP算法)。GL-HSP算法不仅可以有效的消除全息图频谱中零级项的干扰，实现高精度再现，而且极大地提高了重建速度，同时最大限度地避免了原始像中的高频成分的丢失，实现了全息图的高分辨率重建。同时进一步分析了同一视场下不同物光、参考光比值对GL-HSP算法再现像质量的影响。4.为了快速准确地对含有噪声的包裹位相图进行位相展开，采用理论分析与计算机模拟及实验验证相结合的方法，对基于快速傅里叶变换(FFT)——四次FFT算法(4-FFT)、二次FFT算法(2-FFT)、四次离散余弦变换算法(4-DCT)及横向剪切干涉与FFT相结合的算法(LS-FFT)作了对比研究。