随着微机电领域、微光学领域和生物细胞领域的高速发展,精密机械加工、生物细胞观测、光学元件检测、纳米技术等微结构领域受到了越来越多的关注,这对于微纳结构的三维形貌测量工作提出了更高的要求。数字全息显微术作为现代集成技术的产物,是传统光学全息、光电记录器件和数字图像处理技术的结合体,在微结构测量领域有着广阔的应用前景。它避免了传统光学全息繁琐的化学显影过程,通过图像采集设备记录含有被测物体振幅和相位信息的全息图,再利用数字化再现技术得到被测物的三维形貌。数字全息显微的无接触、实时测量和无需对样品标记的优点使其逐渐成为现代显微技术的新宠儿。数字全息基本光路按照物光和参考光传播路径是否有夹角可以分为离轴数字全息光路和同轴数字全息光路。本文的研究工作主要在离轴数字全息光路的基础上分别对反射式和透射式测量工作进行了研究,主要完成了以下工作:（1）介绍了微结构表面形貌测量技术的发展历程以及数字全息显微技术的发展历史,考查了国内外数字全息显微技术的发展现状。（2）阐述了数字全息技术记录与成像的基本原理,介绍了反射式和透射式数字全息的测量原理,并对其记录原理和再现原理进行了分析,同时就再现过程中用到的三种重建算法进行了对比,最后对实验记录条件进行了理论研究。（3）研究了数字全息显微成像的预处理方法,分别就零级像和共轭像的消除以及数字全息自聚焦问题进行了讨论。基于传统频域滤波的弊端提出了匹配滤波法的解决思路,同时利用自聚焦算法对数字全息最佳再现距离进行了判定。（4）研究了数字全息的再现像重构算法,该过程主要是对相位信息进行重构,主要内容包括相位解包裹算法和相位畸变补偿算法两部分。首先通过计算机模拟仿真介绍了两类算法的基本工作原理,随后针对每一类算法又提出了几种不同的方法,完成了每种方法的对比及其适用场合的分析。（5）利用本文提出的数字全息显微测量系统分别进行了反射式和透射式数字全息实验,对样品制备过程及具体的实验流程进行了详细的描述。在对不同类型样品的测量和分析过程中完成了各类算法的验证,实验结果表明该数字全息系统对于反射式和透射式样品均具有良好的适用性,其中USAF1951标准分辨率测试板的测量结果还在激光共聚焦显微镜上进行了验证,进一步证实了该数字全息系统的可靠性。