信息光学基于全息图像技术与激光技术,以光学传递数学方程作为媒介,在图像信息处理方面展现出了众多优势,逐渐成为了光学研究的重要方向。随着波前探测技术的提高,各类摆脱干涉方法的全息记录方法实现了商业化产品。这为无镜头成像、单次采集层析成像等技术的实现成为可能。为使波前传感器在上述领域实现应用,本文针对计算全息成像的基础理论、算法、实验进行了讨论。文章首先对传统全息和计算全息的发展背景进行了阐述,并且深入讨论了计算全息的基础理论——标量衍射理论在不同的条件限制下的表达,比如基尔霍夫衍射公式、瑞利-索末菲衍射公式、菲涅耳衍射公式及夫琅禾费衍射公式等。在此基础上,文章对菲涅耳衍射的三种不同算法进行了分析和讨论。对每一种方法都进行了理论解释以及模拟实验,仔细对比了三种方法的适用条件及优缺点,为计算全息成像的最优化打下了基础。通过对比,本文采用了菲涅耳衍射的单次傅里叶变化算法。为了能够实现对波前采集数据的定量计算实现衍射追迹成像,文中对传统算法理论进行了优化,运用分段衍射计算方法解决了该算法无法调节衍射距离和欠采样对计算结果影响剧烈的问题。该优化方法对其他类似问题同样有较好的借鉴价值。通过对算法的优化,文章利用波前传感器实验采集实际数据,并应用衍射追迹理论以及改进后的菲涅耳衍射的单次傅里叶变换方法对计算全息成像进行了优化,并且获得了较好的结果,为以后的层析计算成像打下了基础。