细胞是生物组织进行生命活动的基本单元,其形状和功能密切相关,因而对细胞形状及其动态研究一直是生命科学和临床医学等学科关注的热点之一。光学显微成像技术是人们研究细胞的有力工具,其中定量相位显微技术因其具有可对原态活细胞无损伤、实时可量化成像的优势而广受关注。但是该技术直接获取到的是样品在光入射方向上的相移分布,样品物理厚度和折射率信息耦合在其中,需要通过相关算法才能从相位信息中提取出来。为获得较高的重建精度,三维重建算法大多需要较长时间或较庞大的数据,难以实时获取细胞的形态特征。针对快速获取样品形态结构特征的应用需求(如临床分类识别),则可借助简便的计算(如边缘检测)得到样品形态的投影分布。无论何种应用,实验数据都是后续所有计算分析的基础,对结果有重要的影响。目前的研究大多围绕各种算法理论或实验装置设计,对实验尤其是数据采样处理方案的探究尚不够深入细致。对于样品形态结构识别,本文运用边缘检测的方法快速提取样品结构信息,围绕形态结构复杂程度不同的样品开展成像实验,在理论推导的基础上,采用不同的计算方法和特征点提取方法对样本相位数据进行分析处理,并分别获得样品的形态特征。通过对各结果相互对比对照,基于相位成像理论和检测机理分析多种误差成因,对不同类型的样品给出了各自合适的采样处理方案;对于样品动态活动的实时检测,本文以神经元放电活动中胞内离子浓度发生变化的现象为原型,设计了相位成像实验来模拟这一过程,通过光相位方法定量检测和表征了溶液浓度的变化,并基于动态检测与形态静态检测之间不同目的和实验情况的分析,对数据采集方案进行了优化。实验结果表明了该方案在样品浓度动态变化检测中的可行性和准确性;对于光相位成像装置,本论文基于干涉成像原理,提出并搭建了一种轴向可调式共光路干涉显微系统,该成像装置可以通过改变分光棱镜与光轴间的夹角实现同轴、离轴和轻微离轴干涉成像。共光路的设计有助于提高系统抗噪能力,并且该装置中使用的光学元件数量较少,可降低使用成本、减少由光学元件引入的误差。本文基于光相位成像实验,围绕生物细胞静态结构和动态活动检测的数据采样分析和实验光路设计开展研究,为光学无损检测技术的发展提供一定的参考。