共焦荧光显微镜具有高分辨率,三维成像等优点。但受到像差的影响,随着成像深度的增加,显微镜三维分辨率下降,荧光激发效率降低,荧光图像信噪比也随之降低,因此大大限制了共焦荧光显微镜在厚组织样本及活体成像中的应用。本论文主要针对活体成像的复杂特性,采用了基于无波前探测的自适应光学技术对像差进行校正,分别从共焦荧光显微镜成像理论、无波前优化算法和共焦荧光显微镜实验系统研制等多个方面开展工作,并最终实现其在小鼠血管活体成像中的应用。首先对共焦荧光显微镜成像理论进行了研究,推导出共焦显微镜非相干三维强度点扩散函数和光学传递函数,作为后续像差校正分析的理论基础。利用数值仿真,研究了针孔孔径大小和显微镜中两类像差对系统三维分辨率的影响。针对显微镜中的两类像差,以数值仿真为手段,分析了随机并行梯度下降(SPGD)算法和模态法这两种无波前优化算法在共焦显微镜中的校正效果。并对比了两种算法在校正精度和校正速度两方面的差异,仿真结果表明,SPGD算法在共焦显微镜中综合校正效果更好。同时对图像噪声对SPGD算法收敛速度的影响进行了数值仿真研究。然后,以前述理论分析为基础,确定了系统的主要性能参数,搭建了一套自适应光学共焦荧光显微镜实验系统,并设计完成系统的时序控制和系统软件。利用模拟荧光靶标作为成像对象,完成了SPGD算法像差校正实验,验证了SPGD算法进行荧光图像闭环校正的有效性。然后通过实验对比SPGD算法与直接斜率法的像差校正精度,结果显示,SPGD闭环校正和直接斜率法校正后的图像质量基本一致。针对图像噪声的影响,通过实验分析了图像去噪对SPGD算法收敛速度的影响。此外,利用荧光微珠标定了像差校正前后实验系统的三维分辨率。最后将自适应光学共焦荧光显微镜成功地应用在小鼠血管活体成像中。活体成像时由于动物呼吸的影响,图像存在幅度较大的低频抖动,造成SPGD算法迭代过程难以收敛。本文采用基于图像金字塔的KLT算法在SPGD校正过程中进行图像跟踪,有效克服了抖动的影响。最终完成了小鼠耳廓血管和头盖骨骨髓血管的活体成像及像差校正实验。校正后的血管三维形态图及荧光图像都表明,基于SPGD算法的自适应光学应用于活体成像时,能够有效克服像差的影响,提高系统分辨率和荧光强度,改善图像质量,进而延伸显微镜有效成像深度。