数字全息术近年来发展迅速,应用领域广泛,常用于工业测量,医疗成像,生物测量等微观领域。全息图在形成的过程中会受到诸多因素的影响。环境光,器件反射的光以及物体自身受激辐射光会使全息图的重建质量下降,增加物体成像过程中的噪声;根据物理光学定理,激光的波长远小于物体的大小、高度,因此数字全息中的三维相位成像会产生相位的包裹问题,包裹相位与物体的真实相位完全不符;在数字全息显微定量相位成像的过程中,实验装置中使用显微镜放大物光信息和参考光的光束,这种全息图的三维相位会引入显微镜的曲率造成物体相位的严重失真。此外,数字全息成像的分辨率也是研究的热点问题。本文针对以上问题提出多种可行的方法,首次将这些方法引入数字全息成像的研究中。首先概述了数字全息成像中不可避免的光束的干涉与衍射的原理,数字全息成像的本质就是两束波前的干涉记录以及衍射再现的过程。第一章具体的讲解了数字全息成像的国内外的研究现状和研究背景。数字全息三维成像一直是今年来的热点研究对象。第二章讲解了本文中的光学原理,其中菲涅尔衍射理论以及角谱衍射理论都在数字全息成像中得到了很好的利用和发展,属于全息成像领域最基础的结构和理论支撑。第三章阐释了数字全息显微技术的相关系统搭建以及器件的原理。在数字全息显微成像过程中,相位包裹和畸变一直是学者们研究的重点,这些影响相位质量的因素的原理都在第三章中说明。针对上述数字全息成像过程中的物体散斑噪声问题,本文首次采用了时空域退偏装置对数字全息成像进行改善。利用λ/4和λ/2波片和毛玻璃对激光在时间和空间领域进行退偏,两者相结合进行数字全息成像。利用三元退偏装置进行数字全息显微的散斑抑制研究。采用两片λ/4,一片λ/2波片组合可以使物光产生任意偏振态,从而达到退偏的效果。对USAF1951标定板中的Group 6,7两块区域的信息进行拍摄,通过比较多幅偏振态下的数字全息重建图的散斑对比度证明了此方法的有效性。第四章将Zernike曲面拟合用于补偿全息显微术中的畸变,之后提出了新的可行的补偿畸变以及提高数字全息成像质量的方法。本文最大的创新点在于将匀光器引入数字全息显微的研究,将不均匀的高斯光整形为能量均匀的平顶光,有效的提高了数字全息显微成像的纵向分辨率。此外,匀光器可以将激光扩束,因此不需要再使用显微镜对光源进行放大,从而在物理上直接的消除了显微镜的畸变。实验结果表明,对于散斑噪声较强的物体,此方法大大提高了数字全息成像的分辨率。通过物理上的畸变补偿代替了Zernike拟合的复杂运算,不仅节约了计算的时间而且理论上十分适用于数字全息显微的实时成像,为后续的全息成像提供了一个强有力的思路。