无透镜同轴数字全息是一种可同时获取物体振幅和相位信息的显微成像技术,具有成像视野大、分辨率高、空间带宽利用率高、样本无需染色等优点。而且因光路结构无需复杂的光学调制器和光学透镜,它还兼具便携和成本低等优势,特别适合微生物样品的定量信息统计。但其固有的物光与参考光同向传播光路同时也带来了共轭像干扰问题,会严重影响重建物光场的质量。此外,从重建物光场中直接获得的相位信息存在包裹现象,需要相位解包裹算法还原物体的原始相位。因此,共轭像去除与准确的相位解包裹算法至关重要。本文围绕这两个方面展开系统的算法研究、仿真分析和实验测试,以达到提高无透镜同轴数字全息重建像质量和相位恢复准确性的目的。首先梳理了相关成像与再现理论,在现有算法基础上提出了改进的双波长角谱迭代去除共轭像重建算法和结合区域判别的k值取整二向剪切相位解包裹改进算法。然后利用MATLAB平台模拟无透镜同轴数字全息波前干涉记录过程,构建纯振幅型、纯相位型和振幅相位混合型仿真物光场,并从仿真物光场中选择不同相位值的单一和混合物体的包裹相位,分别用于对改进的共轭像去除算法、解包裹算法开展仿真分析,最后通过实验获取不同尺寸微粒、红细胞和白细胞的无透镜同轴数字全息图,并采用定性与基于图像清晰度评价参数及统计学参数的定量对比分析相结合的方式对改进算法的共轭像去除效果、相位解包裹效果分别进行了验证。仿真和实验结果表明,采用双波长角谱迭代算法在重建振幅图像的能量梯度、灰度方差和傅里叶频谱加权对数等三种图像清晰度评价值上的表现均明显优于传统角谱重建算法。且针对纯振幅、纯相位和振幅相位型等不同类型物体的仿真重建物光场与原始物光场在振幅和相位方面的均方根误差值均最小,形貌上最接近。此外,改进的相位解包裹算法得到的不同相位值单一样品或混合样品解包裹相位与原始相位的均方根误差值均最小,不存在拉线或无法解包裹现象,且实验测得的微粒和细胞厚度与标准厚度也相吻合。因此,本文提出的改进算法能有效去除共轭像,能更加准确地还原物体的振幅与相位信息,适用于无透镜同轴数字全息图像的重建,将有助于推动该显微成像技术在生物医学形态学观测和微观粒子场检测等领域的应用。