血细胞随着血液的流动遍及全身,并且占据血液成分的二分之一左右,其形态和数量的变化直接影响着人体的身体健康状况,因此血细胞观测在医学研究和临床诊断上均有着重要价值。目前血细胞观测的手段日益丰富,其中无透镜同轴数字全息因其具有光路简单、易于集成和小型化;成本低且不需要专业的实验场地;无需染色且成像视野大;可以获取观测样本三维信息等优点在血细胞观测领域应用逐渐深入。为了更好的进行血细胞观测,需要尽可能高分辨率、高清晰度的数字全息图像。改进光电传感器性能无疑是提升图像分辨率的最直接方式,但是由于材料、制作工艺等限制,这种方法较短时间内难以实现分辨率的大幅度提升。因此需要从软件算法角度去寻求缓解方案,促使数字全息研究领域对超分辨率重建技术的广泛关注。本文围绕多高度无透镜同轴数字全息图像的超分辨率重建算法展开系统的研究、仿真分析和实验验证,以期实现数字全息图像质量和图像分辨率的提高的目的。首先阐述了无透镜同轴数字全息成像的光学基础,在此基础上论述了数字全息成像的光学记录和数值再现过程,并且介绍了基于重构超分辨率重建算法及相关经典算法;进一步在传统迭代反投影算法基础上进行相关改进,提出了基于多高度改进的全息迭代反投影算法,分两个阶段对该算法的基本原理和实现方式进行详细介绍,即第一阶段生成初始估计的高分辨率图像和第二阶段迭代超分辨率重建。然后分别介绍了主观评价方法和客观评价方法两种图像评价方式,并对客观质量评价方法的相关指标进行详细阐述。通过MATLAB仿真的方式确定基于多高度改进的全息迭代反投影算法的最优参数,即上采样因子为3、低分辨率全息图像的数量为13幅;在最优参数的设定下,通过主观视觉观察以及客观全参考图像质量评价指标对重建结果图进行的分析表明,其图像质量和分辨率有了明显的提高。然后基于多高度无透镜同轴数字全息显微成像装置,以血细胞为实验对象,拍摄13幅数字全息图像进行超分辨率重建得到的高分辨率图像能够清晰的观测到红细胞和白细胞的细胞轮廓及原始结构,且图像质量得到明显提升,并分析未观测到血小板的可能原因;最后以USAF 1951分辨率板以及不同尺寸的标准聚苯乙烯微粒为研究对象进行补充实验,同样进行超分辨率重建可以使得图像分辨率由6.20μm提升至4.38μm,进一步证明该算法对于图像质量和图像分辨率有提升作用。综上所述,本文提出的基于多高度改进的全息迭代反投影算法能够有效的提高无透镜同轴数字全息再现图的质量,同时使得图像的分辨率得以提升,为无透镜同轴数字全息显微成像装置的血细胞观测研究奠定了基础。