三维光学显微术是一种具有三维空间分辨能力的现代光学显微技术，在生命科学研究领域中有着重要的应用价值，本文围绕三维光学显微术做了以下几个方面的研究工作： 1.本文概述了三维光学显微术的发展过程及研究现状，并重点论述了该成像技术在生物医学研究领域的应用。 2.在傅立叶光学和菲涅耳衍射理论基础上重点对共焦扫描显微术和多光子荧光显微术的基本成像原理进行了理论分析，结果表明共焦显微系统的有效点扩散函数是照明物镜点扩散函数与探测物镜点扩散函数的乘积，这一特性使得系统的分辨率高于相同条件下的普通光学显微系统，同时还具有了独特的层析能力。由于多光子激发这一非线性光学效应的作用，使得多光子显微系统可以不采用共焦针孔也能具备层析能力。 3.介绍了三维光学显微成像实验系统，包括显微光学系统、探测系统、扫描控制系统、计算机数据采集及处理系统，给出了相应的参数。通过实验获取了生物细胞单光子和双光子的图像，比较了二者的成像能力。结果表明，双光子荧光显微术的纵向成像能力优于共焦显微术的纵向成像能力。 4.为去除生物图像噪声，重点研究了稀疏编码收缩法，该方法有效地减弱了高斯噪声对成像质量的影响，给出了相应的实验结果。 本文的研究内容包括阐述三维光学显微术的基本原理，概括单光子和多光子成像特性，介绍三维光学显微实验系统以及图像获取过程，在此基础上深入研究生物细胞图像去噪处理算法的原理分析和实验实现。目的是通过对原理的探讨，寻找提高生物细胞成像质量的有效方法。