无透镜数字全息显微成像系统具有体积小、成像视野大、可通过计算机处理图像信息、方便携带等优点,在微生物检测、医学研究等方面有较大的应用前景。在无透镜数字全息显微成像系统中获取准确的离焦距离是无透镜数字全息显微成像获得清晰的重建图像的关键。本文研究的基于无透镜数字全息显微成像系统的自动聚焦算法通过数学计算得到全息图像准确的离焦距离,无需使用外部硬件获取成像物体离焦距离,成功实现了准确、便捷的自动聚焦。本文提出的自动聚焦方法,分别包括聚焦区域选择、评价函数的设计以及聚焦搜索。对选择后的聚焦区域进行不同离焦距离的反向传播计算,在使用本文设计的评价函数对这些传播后的图像进行图像清晰度的计算,最后利用聚焦搜索法找出评价函数最值,该值对应的离焦距离即为全息图像正确的离焦距离。基于粒子群搜索的聚焦区域选择,通过对全息图像进行分析确定了以图像边缘信息密集的区域代替整幅全息图像进行评价函数计算,聚焦区域选择法可减少评价函数运行计算量,提高聚焦时间;设计了基于引导滤波的评价函数,首先使用反向传播得到不同离焦距离下的全息重建图,再利用引导滤波对这些重建图像分别进行模糊处理,将模糊图像的边缘信息值与重建图像的边缘信息做差,得到不同离焦距离下重建图像的评价差值。利用黄金分割搜索法快速、准确的搜寻聚焦区间的最小差值,确定成像物体正确的离焦距离。面向嵌入式图像处理平台,本文研究了基于CUDA编程框架下自动聚焦方法的GPU实现。通过对自动聚焦方法进行阐述,对自动聚焦方法进行模块划分,将自动聚焦方法划分为反向传播与评价函数两大模块,对所实现的串行代码进行并行化分析,成功的在GPU上对自动聚焦方法进行实现,并进行嵌入式平台移植工作,让自动聚焦方法在Jetson Nano上运行。搭建了无透镜数字全息显微成像实验平台,开展了自动聚焦实验,将本文提出方法与现有的几种聚焦方法进行对比,本文提出的聚焦方法得到的聚焦评价曲线在平缓区波动最小,曲线最为平滑,并且在不同样本下都能正确聚焦,因此表明本文提出的自动聚焦方法聚焦效果更好。通过显微对比实验与多高度实验,将不同离焦距离下样本重建图与显微镜下拍摄到的样本图像进行对比,再使用本文提出的自动聚焦方法计算出样本的离焦距离,得到的离焦距离与显微对比得到的离焦距离一致,证明本文提出的自动聚焦方法可以准确聚焦。