在无透镜系统全息再现的过程中,由于成像视场大、计算复杂度高,使得数据计算量不断增加,导致全息再现计算耗时较长,很难满足实时性需求。极大的限制了无透镜成像系统在即时检测中的应用。因此,研究无透镜细胞图像恢复算法及加速系统,对实现便携式细胞实时检测系统具有重要意义。在分析无透镜成像系统原理和全息衍射图像特征的基础上,针对采用传统角谱理论进行衍射恢复时存在共轭像的问题,提出一种相位信息恢复算法。研究了光场传播过程与相位信息之间的关系,构建数学模型,恢复全息再现过程中丢失的图像相位信息,有效去除了无透镜系统全息重构图的零级像和共轭像。分别使用10μm微球、人体肺癌细胞以及新月藻对算法进行了测试。测试结果表明,采用相位信息恢复算法有效提高了全息重构图的峰值信噪比和信息熵。为了进一步满足无透镜系统的便携性和实时性的应用需求,提出了一种用于二维数字全息图像处理的硬件加速平台,在FPGA内实现了对图像的二维FFT变换,设计的硬件加速器包含一个高效的数据路径计算FFT和其他需要的辅助模块。为了处理增加的带宽和数据的吞吐量,提出了采用并行通路结构来进行全息图像数据读取以及存储,并结合ARM的浮点运算单元,实现了细胞全息恢复的高精度计算,提高了系统的处理速度和精度。搭建了图像传输的硬件显示电路以及数据高速交互通路,实现了应用系统层对底层硬件的控制,实现了对嵌入式图像处理系统的远程开发,建立了良好的人机交互界面。本文对搭建的系统进行测试,该系统相对于其他两大硬件平台的运行时间,测试结果表明该系统能够有效的对细胞图像衍射恢复算法进行加速,并且加速效果较为明显。从实验结果得出,在固定图像分辨率下,该平台相对于传统的PC平台的加速比可达38.8,相对于嵌入式平台而言加速比可达134.3,即在保证算法精度的同时,能够达到算法硬件加速的目的。因此,本文实现的硬件加速平台具有小型化、低功耗、实时性高的特点。