现代光学显微仪器将高性能光学组件与数字图像的采集处理功能相结合,实现了远远超过了人眼感知的,对待测样品微小细节的可视化的复杂功能,已被广泛应用于疾病诊断、医药学研究和材料科学等领域。尤其在生命科学与生物医药学领域,现代光学显微镜扮演着不可或缺的角色。然而,目前的光学显微镜却面临体积日益庞大、系统日益复杂、造价日益昂贵、并且对于细胞之类的生物学样品需要借助染色手段进行标记的问题。针对上述问题,本文基于“无透镜显微成像”这一技术,开发了一套小型化便携式大视场无透镜细胞分析监测仪,实现了低成本、大视场、非侵入式的定量三维成像功能,创新点主要如下:（1）使用基于多波长照明的无透镜相位恢复技术开发了一套无透镜显微系统样机,实现了对透明样品的非侵入式定量相位成像。系统不包含任何光学放大元件,仅由单颗LED光源照明,并通过CMOS相机进行图像采集,而后由软件端进行图像恢复与重构,大大降低系统成本且压缩系统体积。经验证,本系统成像分辨率达1.55μm,观测视场大小约为29.67mm~2,在相同分辨率下,观测视场达传统显微镜（4倍物镜,NA=0.16）的15倍,同时观测近10000 Hela细胞。此外,得益于最简化成像系统,本系统高度约14cm,可直接内置于细胞培养箱实现长时间细胞观测。（2）为无透镜显微系统样机开发配套软件,软件除基本成像功能外,还集成了网络图像传输、细胞分割、细胞计数、细胞生长轨迹示踪、剖面测量等功能,可对成像结果进行智能化、自动化分析。此外,为了加快成像速度,本软件基于CUDA进行GPU加速,相比单纯使用CPU进行计算,运算效率大幅提升。（3）传统的无透镜相位恢复技术通过迭代的方式进行相位恢复,运算量大、耗时长。本文研究了基于深度学习的单帧无透镜相位恢复技术,仅需单幅离焦图像即可恢复待测样品的相位信息。本文完成了该无透镜显微成像系统的样机开发,包括成像算法、硬件驱动与配套软件三部分。通过对相位分辨率目标、水稻胡麻斑病孢子、未染色Hela活细胞、单子叶及双子叶植物根茎切片的测量来检验系统的性能,为小型化显微镜的发展与其在即时检测和活细胞观测领域的应用探索了新的解决方案。