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非相干数字全息术这里指菲涅耳非相干相关数字全息术（Fresnel Incoherent Correlation Digital Holography,FINCH）,是一种宽场三维成像技术。在空间非相干光照明或者物体的自发光情形下,借助适当的分波方法将样品上同一个物点发出的光波分成两束,使两束光波在接收平面相互干涉,从而形成点源全息图,所有点源全息图非相干叠加形成物体的全息图。将物体的全息图结合数值算法即可实现三维再现。菲涅耳非相干相关数字全息技术,其成像的横向分辨率可以突破衍射极限,但轴向分辨率仍等同于与传统成像系统,因此在对于三维样品或者是厚样品成像时无法实现层析成像。结构光照明层析成像技术利用莫尔条纹编码的方式将在焦信息编码,通过层析再现的方法将离焦信息去除获得在焦平面的再现像,最后将所有层析得到的平面拼接成一个完整的三维样品。结构光照明技术可比较方便的与其他成像技术相结合。为进一步提升FINCH的成像分辨率和层析能力,本文将三维结构光照明引入菲涅尔非相干数字全息术中,着重研究结构光照明情形下FINCH系统的层析成像特性,论文的主要工作内容如下:1、阐明了三维结构光照明非相干数字全息术的层析成像基本原理。给出了非相干数字全息术的记录和再现原理;进一步分析了三维结构光的产生过程及其横向及轴向分布特性;阐明了三维结构光照明层析成像的原理;重点探究了三维结构光照明非相干数字全息宽场及层析再现的方法。2、研究了三维结构光的优化方式及其在荧光数字全息成像中的应用。借助理论分析及软件Matlab仿真分析了三光束干涉法产生三维结构光过程中,衍射光栅的类型、光栅参数及光束偏振态对结构光三维方向上调制度的影响,并结合实验给出了验证。在优化后的结构光照明情形下,实验研究了三维结构光照明荧光数字全息成像系统的层析成像特性。3、探究了结构光照明层析重建算法。通过软件Matlab仿真分析了集成式结构光照明层析重建算法用于三维结构光照明非相干数字全息层析重建层析像的特性;设计并搭建了二维结构光照明非相干数字全息系统,验证了Integrated-SIM算法层析成像的可行性;讨论了Integrated-SIM提升三维结构光照明非相干数字全息层析成像的层析能力。