光学成像系统对处在焦深范围内的物体成像清晰,超出焦深范围的部分,会产生成像模糊现象。在显微光学成像系统中,由于成像物镜的焦深随着光学倍率的增大而减小,导致倍率越大的成像系统,只能获得更小景深的清晰像,如Mitutoyo M Plan Apo2X显微物镜的焦深只有±91μm,20X的焦深只有±1.6μm。因此,研究大景深成像方法具有重要的应用价值。叠焦合成扩展景深是显微成像中一种获得大景深图像的有效方法,该方法通过物镜沿光轴方向分层扫描对物体成像,然后对分层成像序列采取图像配准、焦点搜索、图像融合等焦深融合算法,获得大景深图像。本文重点研究叠焦合成扩展景深中的焦深融合算法。论文首先系统地综述了光学系统成像原理、叠焦扩展焦深的成像方法、焦深融合算法基本原理和算法性能评价方法。为了验证研究的焦深融合算法的性能,搭建了一台叠焦图像自动采集实验装置,为本文的研究提供了一种良好的实验验证手段。在叠焦序列图像分层扫描获取过程中,由于成像系统抖动等原因,相邻图像之间可能发生视点偏转,对应点像素之间难免会产生位移,为了取得良好的融合效果,首先需要校正这些细微像素偏移。为此本文在SIFT（Scale Invariant Feature Transfrom）和SURF（Speeded Up Robust Features）算法对图像进行配准和校正的基础上,提出一种基于自适应阈值的双向SURF特征点匹配方法,并采用Manhattan距离代替欧氏距离。实验研究表明,该方法能有效降低匹配误差,提高了配准精度和速率。在叠焦图像融合方面,首先研究了空间域叠焦图像融合算法。以多种聚焦度量函数作为焦点搜索性能的评价指标,基于像素点、窗口及分块研究了不同叠焦图像融合规则,结合主客观分析,评价了各聚焦度量函数的性能,探讨了效果较好的叠焦图像空域融合规则。其次研究了变换域叠焦图像融合算法。选择Laplacian金字塔变换和离散小波变换作为多尺度分析工具,对目前关注较少的系数融合规则组合效果进行了研究,通过采用十六种不同的融合规则组合融合高、低频系数,和实验对比分析,得出最适合叠焦图像的变换方法和融合规则。论文最后研究了叠焦图像高动态范围成像算法。提出采用基于Laplacian金字塔的多曝光融合算法,提升图像动态范围,并对适度曝光量指标提出了改进措施。通过实验证明,使用改进指标融合得到的图像清晰度和信息量都有所提升。以彩色多曝光图像为例,提出基于YCb Cr空间的高动态范围成像算法,通过实验仿真,证明它能够改善传统方法中色彩偏差和细节丢失等问题。