在人类疾病诊断和生物医学研究方面，生物医学成像已经成为一种广泛使用的方法之一。传统的成像仪器是光学显微镜，可以将肉眼无法直接看清楚的微小物体进行光学放大成像。但传统的光学显微镜只能探测光波的强度，获得物光波强度二维分布图像，难于给出被成像物体的空间三维信息，应用在日益发展的生物医学领域中存在一定的局限性。发展新的成像分析技术，对生物活体、细胞、亚细胞等样品实现无扰、动态、定量分析是目前生命科学研究的迫切需求。本文针对数字全息成像技术开展在生物医学中的应用基础研究。数字全息是基于传统的全息原理，不同的是利用电子成像器件（如CCD、CMOS相机等）记录全息图，记录的全息图由数据采集卡采集并进行模/数转换和量化，以数字矩阵的形式存入计算机，即数字全息图；再由计算机模拟光学全息的再现过程，通过数值计算，可以同时获得量化表示的物光波的强度图像和位相图像。与传统全息成像方法相比，数字全息技术的优点是：可连续记录运动物体的各个瞬间过程，实现连续实时在线记录；通过数字再现，可以定量分析其幅度和位相信息；可以方便地对所记录的数字全息图进行图像处理，减少或消除在全息图记录过程中的噪声、像差等因素的影响。基于这些独特优势，数字全息术被认为是定量分析、研究生物活体等位相型物体的一个强有力工具，近几年来已成为国际研究的热点。本论文首先从光学全息原理出发，介绍了数字全息技术的记录和再现过程。然后搭建透射型数字全息成像装置，对数字全息技术在生物活体动态成像中的应用进行了大量的基础实验研究，主要研究内容包括以下几个方面：（一）针对目前混浊介质成像困难、散射光对成像对象干扰大，尤其无法获得动态成像等问题，本文开展了数字全息技术对混浊介质中的动态生物活体进行成像的研究。文中首先介绍了光在混浊介质中的传播方式；针对动态物体引起物光的光场连续变化的特点，采用相干长度较长的连续激光器作为全息记录的记录光源；利用数字滤波技术提取数字全息图的一级傅立叶变换谱，既可对全息图进行数字再现，又可消去孪生像和直流背景影响，还可减弱散射光引起的噪声；利用数字对焦技术，可解决对混浊介质中生物活体无法直接对焦的问题；结合空间滤波技术可进一步消去散射噪声的影响；实验成功实现了基于数字全息的动态活体在混浊介质中的动态成像。该成像方法，有望在混浊生物体内的生物活体动态成像方面获得应用。（二）针对利用表面等离子体共振成像进行生物芯片高通量分析问题，开展了基于数字全息技术的表面等离子体共振成像生物芯片高通量分析研究。为了实现高通量分析，必须解决目前表面等离子体共振成像生化分析技术的探测范围窄等问题，本文提出一种基于数字全息术的同时获取强度图像和位相图像的表面等离子体共振成像（SPRI）技术，同时利用强度和位相信息，可以拓宽高灵敏度下的探测范围，从而提高分析的通量数。本文建立了一套同时利用强度和位相信息表征生物芯片的理论模型，建立了一套单波长同时获取强度图像和位相图像的SPRI实验系统。实验证明了该技术的可行性，有望在表面等离子体共振成像高通量芯片分析技术中获得应用。（三）水是各种生命体的主要成分，液体存在于所有的生物体中，对液体的各种特性的了解，有利于探索各种与液体有关的生命过程。本文利用数字全息技术针对纯水液滴和生理盐水液滴的动态蒸发过程进行了三维定量可视化技术研究，该技术有望在研究各种生物表面的湿润、蒸发机理方面获得应用。（四）双波长复用数字全息成像技术可拓宽测量范围，本文提出了一种基于三棱镜分光原理的离轴双波长数字全息技术的简单实验装置，并利用该实验装置对1951美国分辨率板进行了双波长复用数字全息图的解复用数字再现，成功分离出了和单个波长对应的位相再现图，验证了该实验装置的可行性，为方便开展双波长复用数字全息成像技术在生物医学中的应用提供了技术支持。