结构光照明数字全息显微术(SI-DHM)是结构光照明显微术和数字全息显微术的结合,它集合了两者的优点,可以实现活体生物样品的无标记、宽场、超分辨成像。传统的结构光照明技术每个照明方向上通常需要采集三幅图,不能实时拍摄动态样品;显微成像系统自身的相位因子不仅会带来相位畸变,而且会造成频谱合成的误差。本论文围绕上述两个问题展开研究,并介绍与之相关的基础理论。首先,介绍了数字全息术的记录和再现原理,从频域角度分析了离轴数字全息图记录时的最小参考角,并介绍了三类常用的再现算法。分析了数字全息显微系统中线性相移和二次相位畸变产生的原因,以及传统的物理和数值补偿方法。其次,对传统SI-DHM的原理进行了研究,探讨了结构物光的频谱分解和频移的方法,用数值模拟验证了传统SI-DHM分辨率增强的原理;针对传统SI-DHM系统在实际应用中存在的相位畸变、频谱分解等问题,提出使用主成分分析(PCA)算法来解决这些问题,用数值模拟验证了提出方法的可行性和有效性,并用实验结果说明了提出方法在相位成像领域的应用。最后,针对传统SI-DHM系统不能实时成像的缺点,提出了基于PCA算法的无相移分辨率增强技术,即单次曝光SI-DHM系统;该系统利用偏振、角度复用技术来实现样品高频信息的分离,并引入PCA算法来完成精确的频移;讨论了结构光增强分辨率的各向同性问题,利用数值模拟证实了提出方案的正确性和可行性,通过三种不同样品的实验结果来说明该系统在振幅、相位成像及生物样品领域的应用,分析并解决了重建像中存在瑕疵的问题。