全切片成像（Whole slide imaging,WSI）是一种典型的大视场（Field of view,FOV）、高分辨率成像方式。其利用高倍高数值孔径（Numerical aperture,NA）物镜或超分辨率重构算法采集高分辨率图像,通过扫描或非扫描的方式获取目标的大视场,最终形成一整张数字的、高清晰的、无缝的以及全切片的目标图像。数字病理是下一代癌症诊断与分析的基石,而WSI是实现数字病理的主要技术手段。本文系统地介绍了WSI技术的发展历程,总结了当前自动对焦技术的分类及实现方式,针对传统显微镜系统和商业化全切片扫描仪面临的视场与分辨率相互制约的矛盾以及物体的定量相位信息丢失的科学问题,从基于传统显微镜系统的扫描拼接式与基于无透镜成像系统的计算重构式两种WSI技术路线出发,主要解决了传统显微镜系统和商业化全切片扫描仪中存在的非自动化操作、主观像质评价、景深有限、成像通量低、非实时自动对焦以及成像模态单一等技术问题。本文主要工作和创新点包括:（1）针对商业化切片扫描仪中非实时自动对焦的问题提出了一种基于彩色LED照明的实时单帧自动对焦技术,搭建了一套高通量的明场WSI系统。系统采用可编程摄影镜头代替了传统的筒镜,可以不改变物镜与样品的相对位置实现自动对焦,同时可以实现快速3D切片成像。基于互信息的图像配准算法可以在样品运动过程中同步采集图像来计算离焦位置。针对图像采集过程中出现的彩色串扰问题,提出了相应的矫正模型。此外,针对摄影镜头的枕形失真问题,借助标准圆孔阵列掩模和标准显微镜,提出了基于数据点拟合的矫正策略。在系统性能方面,分辨率可达700 nm,平均对焦误差0.33μm,对于15 mm×15 mm的病理切片,采集时间大约2分钟。（2）针对商业化切片扫描仪中非实时自动对焦以及成像模式单一的问题提出了一种基于双LED照明的实时单帧自动对焦技术,搭建了一套可同时支持明场、荧光及相衬三种成像模式的WSI系统。采用自相关配准算法仅通过单幅图像即可计算出样品离焦位置,计算时间比基于互信息的方法减少了83%,平均对焦误差0.34μm。提出了一种全自动数字枕形失真矫正方法,无需额外的标准圆孔阵列掩模和标准显微镜系统,完全依靠系统本身即可矫正摄影镜头的枕形失真。（3）针对WSI系统中存在的成像通量低、景深有限以及成像模态单一的问题提出了一种基于无监督深度学习的图像到图像转换的虚拟全切片成像技术,称作DeepWSI。采用了循环生成对抗网络（Cycle-consistent adversarial network,cycleGAN）与多尺度结构相似性（Multiscale structure similarity loss,msSSIM）损失函数的策略进行图像转换,使用10×/0.3NA的物镜实现了1.4NA油镜的分辨率,同时实现了高通量全切片图像采集,成像通量＞20亿像素每秒。此外,基于DeepWSI平台证明了虚拟重聚焦技术,扩大了系统的景深。最后,基于DeepWSI平台实现了基于虚拟染色的高分辨率傅里叶叠层全切片成像。（4）针对现有叠层成像技术成像通量低以及分辨率有限的问题提出了一种基于无序表面调制的近场叠层无透镜成像技术。设计了含有微米级相位散射子以及亚微米级强度吸收子的无序表面,基于传感器的角度传递函数建立了新的相干衍射成像模型,在405 nm的照明光条件下实现了616 nm的空间分辨率,等效NA大约0.8。此外,基于独特的重构策略实现了对3D缓变大相位物体的定量重构。搭建了一套高通量并行叠层成像系统,8个相机阵列同时采集图像,总成像视场240 mm~2,采集时间大约15秒。提出了基于相位注意力引导（Phase-attention-guided）的cycleGAN网络结构,实现了基于虚拟染色的无透镜计算明场、荧光全切片成像。（5）针对传统轴向多距离扫描相位恢复技术重构效果不佳以及无法定量重构物体的缓变相位等问题提出了一种基于无序表面调制的轴向多距离扫描定量相位成像技术。在传统轴向多距离扫描相位恢复成像系统的基础上,直接在传感器表面镀了一层1-5μm的微球粒子作为无序表面。仿真结果表明,相比于常规的没有无序表面调制的成像方法,该成像技术不仅可以定量重构缓变大相位物体,对于相位快速变化的物体也能够获得更佳的成像效果。分别实验验证了分辨率板、定量相位板、组织切片以及细菌菌落等样品,实验结果与仿真结果一致。同时验证了系统的全切片成像能力。