1969年,美国贝尔实验室(Bell Laboratory)的Boyle和Smith发明了电荷耦合器件(Charge Couple Devices,CCD),20世纪六十年代末,美国宇航局的Fossum发明了CMOS图像传感器“片上相机(camera-on-a-chip)”,CMOS即互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)。但是受限于当时的工艺技术,面阵光电器件直到90年代初才开始快速发展。传统全息术以干板作为记录介质,存在湿法处理以及难以精确复原等缺点,一直以来研究人员无法解决这一问题,伴随着面阵光电器件的快速发展,全息领域才有了爆炸式的突破——数字全息。数字全息技术采用数据化处理手段,可以将记录的数据和图像转化为数字信号,然后进行存储、处理、加工以及再现,可以实现光机算一体化。相移干涉术(Phase-Shifting Interferometry,PSI)是一种利用相移技术测量物光波前相位的干涉技术,可以从多幅(两幅及以上)携带一定相移量的干涉图中求取待测物光波前的相位分布信息。随着数字全息技术的应用研究和面阵光电器件以及计算机图像处理技术的发展,数字全息技术逐渐和相移与广义相移干涉技术结合起来,产生了相移与广义相移数字全息干涉技术,学术界及工业界不断的拓展该技术的应用领域,现在已经在精密仪器制造、工程工业检测和科学实验等多个领域广泛应用。相移与广义相移数字全息干涉术发展时间并不长,研究人员想要设计出可以实际应用的商业级干涉仪还有许多问题需要解决,本文是对于构建一套完整的相移与广义相移干涉仪系统的一次尝试,主要从相移干涉系统的设计,广义相移盲提取算法以及相位解包裹算法三个依次进行的方面进行了系统地研究,具体研究内容和主要创新点如下:1、提出一种两步相移同步干涉系统,该系统利用圆偏振光调制技术,其设计原理是以Twyman-Green干涉结构为基础,采用非偏振分光棱镜作为偏振态保持单元,采用偏振分光棱镜和反射镜的组合结构作为分光单元,使用偏振方向为0和45的线偏振片阵列作为相移元件,实现了在一个CMOS相机中同时采集两幅相移量为?2的干涉图。通过测量凹面镜的表面信息和水滴的蒸发过程,验证了所提出的基于圆偏振调制的两步相移同步干涉仪的可行性和实时检测能力。2、提出了一种广义相移数字全息干涉术中使用改进的量子粒子群算法精确盲提取任意未知和不相等相移量的算法。该算法首先根据衍射场的统计性质计算相移量近似值,然后使用改进的量子粒子群优化算法进一步提取任意未知和不相等的相移量。其中,将具有高斯概率分布的变异算子引入量子粒子群算法中,从而增加初始相移量组种群的多样性。本章提出的算法可以快速、高精度的获取准确的实际相移值,并且可以有效地克服传统直接搜索方法中经常遇到的“锯齿解现象”。通过使用四步相移干涉法测量透射物体来演示算法的速度和质量,计算机仿真和光学实验验证算法的准确性和高效性。3、提出了一种基于多头绒泡菌觅食模型的相位解包裹算法。利用多头绒泡菌数学模型解决最短路径问题的能力、最短路径问题与枝切线设置问题的相似性,并根据多头绒泡菌觅食过程中,其管道直径与管道流量之间的正反馈机制,提出了多头绒泡菌觅食算法,并将其应用解决到枝切线的设置问题(非确定多项式(NP-hard)问题)中,可以解决传统相位解包裹算法存在大量误差和孤岛现象,实现枝切线的最优化设置。在模拟包裹相位图上测试了所提出的算法的性能,并与其他传统相位解包裹算法进行比较分析,验证了算法出众的解包裹能力。