集成成像系统是一种很有潜力和优势的三维信息获取和显示系统，应用集成成像系统实现三维物体识别，以及生物微小组织等微小物体的三维检测与识别具有现实意义和应用价值。本文的研究工作从应用集成成像的三维物体识别理论与实验验证，集成成像显微装置的设计，生物微小组织三维相关识别，畸变不变识别与分类识别等方面展开，具体内容主要包括：1.设计了一种新的集成成像显微系统。该系统克服了现有系统的不足，设计了新的成像光路；应用光学成像理论设计了与光路匹配的微透镜阵列，研制了微弱光下的三维信息获取系统。该系统保留并充分利用显微镜精密成像结构，提高了放大倍数，并利用光漫透射元件获取样本的散射光信息，使得系统可以获取更多的样本三维信息。利用该系统进行了多种生物微小组织样本的三维信息的获取实验，分析了样本的三维结构和信息，验证了该系统在微小组织三维信息获取方面的有效性。2.应用上述的集成成像显微装置和光学相关识别理论，研究并实现了基于集成成像的生物微小组织三维相关识别。该方法通过将集成成像系统和光学匹配滤波相关识别技术结合实现生物微小组织三维相关识别。首先对该识别方法进行了理论分析，之后利用光学匹配滤波相关识别进行了实验验证，并通过相关输出值对识别实验结果进行了分析，实现了生物微小组织的三维相关识别，验证了该三维相关识别方法的正确性和有效性。3.针对生物微小组织自身个体差异性，以及同一样本在各次成像过程会产生差别的特点，研究并实现了生物微小组织的三维畸变不变识别。该畸变不变识别方法将综合判别函数引入三维物体识别领域，可减少识别过程的数据量和计算复杂度，提高识别效率。首先对该方法进行了理论分析和旋转不变识别实验验证，之后结合集成成像显微装置，针对生物微小组织进行了畸变不变识别实验，实现了生物微小组织的三维旋转不变识别和三维平移不变识别。4.针对生物微小组织同类样本之间差异明显，共同特征复杂的特点，将上述的三维畸变不变识别理论引入生物微小组织的三维分类识别领域，结合综合判别函数的类间识别特性，研究并实现了生物微小组织的分类识别。首先对综合判别函数应用于三维物体旋转不变分类识别进行了理论分析和实验验证，验证了该方法的正确性和有效性，之后以霉菌样本为参考物体，研究并实现了两类生物微小组织的分类识别。