非相干数字全息术摆脱了传统数字全息术对于相干光源的依赖，将全息术的应用范围扩展至荧光三维显微成像、彩色全息和自适应光学等应用领域。非相干全息术通过某种光学技巧将来源于空间非相干物体上同一点的光波分为两束，利用这两束光波的空间自相干性实现点源全息图的记录，所有点源全息图的非相干叠加构成物体的全息图。使用图像采集设备记录全息图，在计算机中对其进行数值再现可以恢复原始物体的三维位置信息。目前，对于非相干数字全息术的基本理论、应用性能的提高及应用领域的拓展等方面的研究，均是数字全息研究领域的前沿和热点，并且得到国内外研究人员越来越多地关注。本文主要研究了基于自参考光的非相干数字全息成像技术中的几个关键问题，包括系统分辨率的综合分析与优化、相移误差的校正、光场空间相干性的定量测量、共路离轴非相干数字全息记录的实现以及结合非相干数字全息和光谱成像技术实现物体多维信息的记录和再现。对上述关键问题的研究均得到了明确的研究结果，概括总结如下：　　⑴研究了采用自参考光的非相干数字全息术的基本原理。通过与采用相干光源照明的传统数字全息记录原理的对比，明确了非相干数字全息术的记录特性，即全息图的强度分布函数等于物体强度分布函数与点源全息图强度分布函数的卷积。对于采用同轴光路配置的非相干数字全息术，介绍了用于消除再现像中孪生像以及零级项干扰的相移技术，并且给出了几种常用的数值再现算法。　　⑵研究了共路同轴的菲涅耳非相干相关数字全息术(Fresnel IncoherentCorrelation Holography, FINCH)的成像特性。理论上分析了FINCH技术的原理，给出了全息再现像的点扩展函数和最小可分辨尺寸的具体形式。通过比较衍射受限的相干、非相干透镜成像及FINCH成像系统之间的特性，直观地说明了FINCH这类非相干数字全息技术在成像分辨率上的优势。提出了以全息图数值孔径作为参数来综合评价和优化FINCH系统成像分辨率。通过在空间光调制器上加载合适位相掩膜的方式实现了全息图数值孔径的优化，从而在兼顾再现像信噪比的情形下，提高了系统成像分辨率。　　⑶研究了非相干数字全息术中的相移误差校正方法。定量地测量了空间光调制器在准单色扩展热光源照明下的位相调制特性。在采用空间光调制器作为相移器件的非相干数字全息系统中，分析了由调制特性的改变所引入的相移误差的具体形式，提出了一种基于评价再现像平均噪声对比度的相移误差校正算法。利用该算法对相移误差进行校正，有效地提高了再现像的质量。　　⑷研究了光场空间相干性的定量评价问题。基于三角干涉仪，提出了一种用于定量测量光场空间相干性的方法。合理选择干涉图样的采集位置，将时间相干性对结果的影响降至最低，采用单个针孔扫描的方法，实现对待测光场空间相干性的定量评价。与现有方法相比，实验系统光路配置较为简单且不需要使用特殊加工的光学元件，提高了系统的实用性。该方法的精度较高，实验结果相对于理论计算值的误差仅为3.8％。　　⑸发展了共路离轴非相干全息记录方法。针对现有的共路同轴相移非相干数字全息术记录速度较慢且易受相移误差干扰的局限，提出了一种基于三角全息术的非相干离轴傅立叶变换全息术(Incoherent Fourier Triangular Holography，IFTH)，实现了从单次曝光的全息图再现物体的三维信息。在理论和实验上研究了IFTH的三维记录以及再现特性，给出了系统再现像的点扩展函数的具体形式，并且对系统的分辨率以及放大倍率进行了理论与实验研究。　　⑹将IFTH与光谱成像技术相结合，提出了一种非相干傅立叶变换彩色全息术(Incoherent Fourier Triangular Color Holography, IFTCH)，实现了物体四维信息的记录和再现。结合图像融合与色差校正技术，从分时曝光的三张全息图便可获得反映物体真实颜色以及三维空间信息的RGB彩色合成全息再现像。与现有的荧光彩色全息成像技术相比，IFTCH具有较快的记录和再现速度，更加适合于动态生物样品的荧光光谱三维显微成像。