相移数字全息技术是将相移技术引入到数字全息技术中，在数字全息记录过程中改变参考光的相位，并用CCD记录相应的全息图，然后利用不同的相移算法，反演得到原始物光场的分布，这样就可以很好地消除了共轭像及零级项对再现像的影响，很好地提高了再现像的质量。相移数字全息技术结合了相移技术和数字全息技术的优点，近几年来，由于计算机性能和处理能力以及CCD性能的大大提高，相移数字全息技术正在得到广泛的研究与应用，相移数字全息技术在三维显示方面的研究正成为科学家研究的热点。另外相移数字全息在信息安全加密、形貌测量、微小物体的观测、波前再现与显微成像、周期性微结构与微光机电器件的检测、生物医学显微成像等领域的应用研究都取得了可喜的成果。　　本论文的目的是从理论和实验两方面对相移数字全息技术进行系统地分析研究，在此基础上研究了基于参考光估计的两步相移数字全息算法，并进行相应的实验验证。本论文创新之处在于将基于参考光估计的算法用于二维和三维实图再现，验证了算法的正确性和有效性，并取得很好的全息再现效果，提出了基于参考光估计的两步任意相移角数字全息的算法；而且在现有的实验条件下我们所拍摄的光学分辨率检验板的再现效果与国内外其它实验室的实验效果相比也已经处于较高水平，其它样品的实验效果也非常理想。然后将此基于参考光估计的两步相移算法应用在光学图像加密中，我们对相关光路进行了改进，并进行相应的计算机仿真实验验证。具体工作如下：　　1、简要介绍了光学全息术，数字全息技术和相移数字全息技术的历史与发展概况，详述了光学全息术波前记录与波前再现的基本理论，详细阐述了相移数字全息技术的记录原理、记录方式与再现算法。并对相移数字全息的传统四步、三步、两步任意相移角和定步长相移再现算法做了详细的研究。　　2、研究了基于参考光估计的两步相移数字全息再现算法并进行了相应的实验检验。推出基于参考光估计的两步任意相移角的再现算法。　　3、实验部分分别对比了滞波片和电光相位调制器调制参考光相移量的全息图对四步相移不同算法的敏感度。并用二维和三维实图检验了基于参考光估计的两步相移数字全息再现算法的正确性。展示了实验中拍摄的较好的三维物体再现图。　　4、将基于参考光估计的两步相移数字全息应用于光学图像的加密领域，包括单幅图像加密和双幅图像加密，并进行了计算机仿真实验验证方法的有效性。