随着光电传感器和计算机处理技术的进步,数字全息术在不同科学技术领域得到了快速的发展。数字全息术具有使用成本低,记录和重现速度快,聚焦灵活性等特点,已经发展成为现代光学中一个独立的范畴,并在许多领域具有广泛的应用。与传统数字全息术相比,非相干数字全息术使用非相干的照明光源,克服了激光造成的噪声和散斑的影响,显著扩展数字全息的应用范围:如荧光显微成像、自适应光学、彩色全息成像以及超分辨率成像等。本文主要研究基于迈克尔逊干涉仪的非相干光自参考成像系统,该系统操作简单灵活且成本较低,利用外部环境的扰动产生相移,无需相移器,然后通过广义相移算法即可实现对物体高分辨率的三维重建。同时,该技术不仅限于显微光学系统,任何衍射受限系统如照相机、望远镜等都可以通过更换该系统显微模块来实现。本研究为医学诊断、细胞生长监测和光学微加工等提供了一种高分辨率的三维成像方法。论文的主要内容包括以下三个方面:（1）回顾非相干数字全息术的发展历程和主要研究成果,介绍了其记录方法和再现原理;对四种同轴非相干数字全息成像系统的光路和成像原理进行简要的分析;特别介绍相移干涉术,研究定步长相移算法与广义相移算法的不同。（2）搭建基于迈克尔逊干涉仪的非相干光自参考数字全息成像系统,对系统的点扩散函数进行理论推导,并通过小孔模拟点源验证理论分析的正确。对USAF1951分辨率板和生物细胞进行显微成像,通过广义相移算法和角谱重建技术,消除零级像和孪生像的干扰,获得高分辨率的重建像。对金刚石颗粒不同焦平面的重建,研究系统的三维成像特性。（3）重点研究重建距离对系统成像质量的影响,通过Brenner梯度算法、信息熵、DCT频域法和基于重建图像对比度的自动聚焦算法,得到该系统的最佳重建距离。推导该系统成像分辨率表达式,讨论影响该系统成像质量的决定因素。在多光谱的条件下通过模拟和实验验证,分析物光波的波长与系统成像分辨率之间的关系,为后续提高该系统重建图像分辨率提供了方向。