血细胞具有输氧、凝血以及免疫等多种功能,包揽了最基本的机体运转工作,其类别数量、内部结构形态和功能活动的研究是掌握生命本质和人体健康的必由之路。当今血细胞显微成像在超分等方面已经发展到了一个新高度,然而临床医学血液分析仍然是流式与镜检组合的分检模式,该模式已满足不了精准医疗的发展要求。这一现状的主要原因是在无损、批量、血细胞亚结构形态快速、精准成像方面存在着方法和技术上的瓶颈。因此对跨尺度、跨结构、多层级、多视角、多模态的细胞无损高效和超精检测技术的需求迫在眉睫。定量相位成像技术作为一种非侵入、无损伤、快速高精的生物光学成像技术,主要利用光与细胞这类相位体相互作用产生空间相位延迟来实现清晰成像。值得一提的是,由于仅需要获取细胞亚结构对应的不同折射率分布引起的光波相移量,所以它是一种无需对生物细胞这类半透明样品做特殊准备和处理的原态成像技术,这一特性对活体细胞来说意义深远。近三十年来,国内外大批研究学者相继提出了许多先进的定量相位成像技术。该类技术在细胞成像、参数测量、动力学行为分析、亚结构形态重建等领域成效卓著,甚至在临床医疗、疾病诊断和疗效评估中也得到了应用。目前,主流的定量相位成像技术囊括了信息采集、相位恢复以及三维重建等流程。其中相位恢复方法和三维重建技术在成像质量、速度和精确度等方面都起着决定性作用,因此这两方面的研究具有极其重要的意义。本学位论文深入、系统研究与探索了基于非正交双通道下的相位信息快速恢复和三维形态高效重建的关键理论与相关新方法。旨在解决相移干涉下的相位恢复方法抗干扰能力差以及传统层析重建技术依赖大数据量等关键性问题,从而构建批量血细胞免标、无损、精准形态快速三维成像的完整检测理论和技术,提供纳米尺度的空域分辨力以及毫秒级的时域分辨力,实现血液一站式精准分析的新模式。主要成果如下:（1）系统分析了目前各类典型相位成像方法的技术特征及其技术下的典型相位恢复方法特征。针对传统相位恢复方法存在的抗干扰能力弱、相移检测精度不够高、相位恢复处理速度不够快等问题,提出了基于欧几里德矩阵M-P范数理论的三步盲移相相位恢复方法。该方法易于执行,对噪声不敏感。仅需任意相移下的三幅干涉图样即可实现相位恢复,不需要对背景光强、强度调制因子以及相位做任何的近似处理。在多种类波形相位以及典型血细胞的相位恢复运算中展现了杰出的稳定性和精准度。（2）针对单波长相移干涉技术中相位信息的恢复运算往往需要复杂的解缠运算来处理间断相位的问题,提出了基于迭代算法的双波长盲移相相位恢复方法。该方法省去了相位解缠算法这一繁琐耗时的运算步骤,具有更长的波长范围、更大的测量规模以及更高的成像质量。此外,该方法无需其他已知物理量,仅需五步盲相移即可实现相位恢复,可以有效的规避相移误差以及高次谐波等带来的不良影响,保证高质量的相位成像。不同种类测量目标的仿真模拟和验证实验表明了该方法的有效性、可靠性和普适性。（3）定量相位成像技术在均质细胞（红细胞）三维重建方面的技术沉淀已日趋成熟,但对于非均质细胞（有核细胞）,尤其是双核乃至多核细胞仍然没有比较完美的解决方案。针对多介质细胞折射率分布不均,跃变多且边缘不清晰的问题,基于空间几何理论,结合图像边缘检测算法,提出了非完整数据下的多介质细胞三维空间形态重构方法。该方法不需要采集多幅图像、扫描以及计算折射率或是厚度信息。仅需对被测细胞正交方向上的两幅相位图进行边缘提取,然后通过绕轴旋转即可实现三维重构。选用此方法的双核细胞的仿真模拟和验证实验均得到了良好的结果。（4）传统层析重建技术需要扫描采集大量数据并运算,而正交相位成像技术由于角度固定以及重建速度慢等问题存在着局限性无法应用于真实细胞的重建。针对以上问题,提出了非正交相位成像下的最大熵层析重建方法。该方法仅需非正交双相位作为原始数据,结合被优化的最大熵层析算法即可实现快速高效的三维重建。值得一提的是,非正交相位成像系统结合了流式细胞术和光镊技术可以实现双路相位信息的实时精准获取。多种典型血细胞的仿真和实验结果表明了该方法对临床血细胞检测技术的优化迭代具有重要意义。（5）目前临床血常规检查主要获取不同种类血细胞的数量作为诊疗依据,且病变细胞的二次镜检需要借助侵入式荧光显微法。针对以上问题,基于细胞非正交双通道的相位图谱分析提出了无损非侵入式的批量血细胞分类识别方法。该方法囊括了反映血细胞外部形态和亚结构特性的五个相位特征参数。此外,非正交相位成像技术单次曝光即可获得用于血细胞精准识别的双路相位信息。验证实验中,结合阈值分割法实现了白细胞五亚类（单核细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、嗜酸性粒细胞以及嗜碱性粒细胞）的精确分类。最后基于此方法,开发了一种基于定量相位特征分析的血细胞分类识别软件。为临床诊疗血细胞检验开辟了一条新的路径,并提供了理论支撑。本文的研究工作不仅仅从理论上取得了一些进展,而且从实验上也得到了验证。不仅为血细胞检测提供了新的思路和方法,还为精密、高端医学诊断仪器的换代提供装置雏形。