微型化是当今各种通信、电子、机械产品的发展方向。生物制药,医学研究更是需要向微观领域发展。传统的光学全息干涉术可以对物体进行显微测量,但是所得的全息图需要进行化学处理,其实时再现受到限制,在传输和保存方面也不够灵活。数字全息术以光学全息理论为基础,用CCD为记录介质,对所记录的全息图数字化,输入计算机,用模拟参考光进行物光再现,实现了全息图的记录、再现和传输全过程的数字化,有着广阔的应用前景。本文从理论和实验方面详细分析和讨论了无透镜傅里叶变换数字全息的记录、再现,研究了无透镜傅里叶变换数字全息的显微成像,其主要内容包括:(1)从理论上分析了离轴全息的记录,在此基础上,对无透镜傅里叶变换数字全息的记录条件作了详细的分析。分析了CCD参数对记录条件的限制、不同参考光的记录对CCD空间带宽的要求,以及普通离轴全息系统与无透镜傅里叶变换全息系统中信息量的空间带宽积的问题。指出无透镜傅里叶变换数字全息更能充分利用CCD的有限带宽,更适合于对微小物体进行测量研究。(2)从理论上和实验上分析了离轴数字全息的再现算法。目前,主要有三种再现算法:卷积算法,菲涅耳算法和角谱算法。首先详细推导了三种算法的计算公式,以及相互间的关系;分析各种算法的特点;模拟分析了卷积算法中的脉冲响应和频率传递函数,以及卷积算法再现下,输出函数和输入函数的关系。模拟分析了菲涅耳算法下,输出函数和输入函数的关系。对实验中采集到的无透镜傅里叶变换数字全息,分别用三种方法再现,对再现结果进行了比较和分析,结果表明菲涅耳算法适合再现较近距离记录的无透镜傅里叶变换数字全息图。(3)实验上研究了无透镜傅里叶变换数字全息显微成像性能。根据理论分析,搭建了无透镜傅里叶变换数字全息成像系统。尽量缩短记录距离,消除杂散光,提高再现像分辨率。为了充分利用CCD的有限带宽,适当减小参考点光源到物体中心的距离,在近同轴情况下,以获得更高的分辨率。研究了消除再现像中零级衍射项的两种常见方法,即高通滤波法和数字相减法,以及各自的优缺点。(4)研究无透镜傅里叶变换数字全息的三维物场重建。分析了无透镜傅里叶变换全息中,用非原参考光再现三维物体而引入的位相畸变问题。通过详细的理论分析,得出相应的位相畸变表达式。根据畸变表达式,可以矫正畸变的再现像光场分布,得到正确的再现像光场分布,重建正确的三维图像。模拟和实验结果证实了理论分析的正确性。