数字全息显微层析成像技术是近几年出现的一门新技术,它利用数字全息显微成像的方法获取样品不同角度下的散射场数据,再根据光学衍射层析成像算法重建出物体内部的三维折射率分布。它能有效重建出生物细胞、微光学元件等样品内部的三维折射率分布,在生命科学、材料检测等领域有巨大的应用前景。光学衍射层析成像需要利用样品多个角度下的散射场数据重建出样品的物体函数。获取不同角度物光场分布的方法主要有两种,一种是改变照明光倾斜方向而样品保持固定；另一种是转动样品而照明光方向保持不变。无论采用何种装置,记录样品多个角度下的全息图都需要花费大量的时间,这是限制数字全息显微层析术应用的关键因素。本文在对数字全息显微层析技术进行理论和技术研究的基础上,提出了一种基于频域迭代的衍射正则迭代算法,将正则化迭代方法与傅里叶映射法相结合,实现了少量角度数据的数字全息显微层析重建。数值模拟和实验结果均表明,我们提出的迭代算法对于少量角度数据的数字全息显微层析成像重建是非常有效的。本论文主要包括以下几部分内容：第一章首先概述了数字全息显微层析技术,包括数字全息显微术和层析成像技术,然后综述了数字全息显微层析成像技术的研究发展现状。在此基础上,分析了数字全息显微层析成像技术所存在的关键问题,说明本文的研究意义。第二章首先阐述了数字全息显微层析成像技术的基本原理；然后讨论了两类典型的全角度数据的层析成像算法,即滤波反投影算法和衍射层析成像算法,以及两类算法如何在数字全息显微层析成像技术中的应用。最后对滤波反投影算法和衍射层析成像算法进行比较研究,由于滤波反投影算法基于物光波在样品内部沿直线传播这一前提,忽略了物光波的衍射问题,因此重建精度受损,而衍射层析成像算法能得到高精度的重建像。第三章对少量角度数据的层析成像算法做了研究,提出了一种基于频域的衍射正则迭代方法,将正则化方法与傅里叶衍射映射层析成像方法相结合,实现了少量角度数据的折射率分布层析重建。在迭代过程中以边缘保持正则约束作为正则约束条件,,同时在迭代过程中加入阳性约束条件,以此来提高重建图像精度。并通过模拟重建验证了这一算法的可行性。数值模拟实验证实了该算法对少量角度数据层析重建的有效性。第四章在理论研究和算法研究的基础上,展开了少量角度数据数字全息显微层析成像的实验研究。搭建了一套采用样品转动结构的数字全息显微层析成像系统,分别以保偏光纤和光子晶体光纤为样品,记录得到不同角度的显微全息图,并计算得到相应的散射场。采用提出的基于频域的衍射正则迭代算法对少量角度数据散射场进行重建,能得到与全角度数据傅里叶衍射映射重建基本一致的结果。实验结果表明,提出的算法对少量角度数据的数字全息层析成像是非常有效的。第五章为总结和展望。对本论文研究工作做了总结,并提出了今后进一步工作需要解决的问题。