细胞是生命基本结构单位和功能单位,其形态不一,大小各异。对细胞大小和形态特征的研究在生物细胞学、生命科学等领域有着极其重要的作用,促使细胞光学定量检测技术成为各领域研究的重要课题。对细胞进行成像的方法众多,各有千秋,需要根据实际情况选取不同的成像方法,根据其成像理论,大致可分为干涉相位测量法和非干涉相位测量法。计算机断层成像技术,是探测样品多个角度的透射场数据进而重建物体内部结构的一类技术。但是在干涉相位成像技术方面,由于样品的厚度信息与折射率信息耦合在一起,导致异质样品的亚结构不能很好地被表达出来,并且由于衍射效应的影响,干涉图的分辨率也受到了一定的限制。对于成像重建技术而言,重建图像的过程往往耗时较长且重建质量的量化表征还不够完善。针对此类问题,本文以国家自然基金(11374130)正交相位显微下的有核细胞亚表面3D特征识别方法与技术、(11474134)神经细胞放电动力学行为的全域光相位成像分析方法与技术、江苏省自然基金(BK20141296)基于数字相位分布的生物细胞瞬态识别光学检测方法、以及江苏省“六大人才高峰”计划(2015DZXX-023)基于双路相位光信息下的血细胞亚结构3D成像重建方法等基金项目为支撑,在查阅和分析大量文献资料的基础上,总结了各成像方法的原理及特征。基于MATLAB仿真系统,建立了细胞模型,展开了生物细胞特征分析的研究,主要分为以下几个部分:针对神经细胞结构特征和红细胞圆盘状结构特点,基于MATLAB系统建立了类神经细胞模型和红细胞模型。运用类神经元细胞模型,讨论了计算机断层成像技术中,投影个数、投影角范围及对称轴对图像重建质量的影响。考虑到实际应用中噪声情况的存在,同时在文章中增加了加入噪声、运用滤波函数除噪过程的重建效果分析。针对传统图像评价参数的不足,提出了一种改进的图像质量评价参数,并证实了其可行性。定量相位成像技术无论在数据采集速度还是在空间分辨率方面都取得了非常可喜的成绩,但是由于折射率与光程的积分作用,失去了光轴方向的结构细节信息,主要应用于均质相位体细胞的观察,尚不能解构异质相位体的内部结构;目前临床上常用的细胞检测分类技术大多基于光散射原理,但是由于散射光提供的信息是测量体积内的平均值,没有很好的空间分辨率,而且传统的检测原理一般都是基于Mie散射理论,该理论仅对球型模型有效,因而不能应用于白细胞亚类特征等其他复杂细胞的识别。基于干涉相位成像和光散射检测技术的优缺点,本文提出了一种可同时接收样品光散射和相位显微信息的装置,此装置基于共轴迈克尔孙干涉光路和米劳干涉装置,能同时接收样品的干涉图样和散射强度信息,基于散射理论和相位成像理论开展计算,最终可获得高精确度的相位体样品形态、结构和大小信息。干涉相位成像方法因其信息计算处理过程简捷,在相位显微成像中被广泛应用。但是由于衍射效应,干涉法相位成像的分辨率会有所降低。本文基于VirtualLab系统,对比分析了干涉相位成像和衍射相位成像的结果。干涉成像光谱技术是成像技术和光谱技术的有机结合,在实际应用中,干涉图在最大光程差处会突然截止,导致干涉图出现尖锐不连续变化,造成复原光谱扰动,因此需要采取一定的措施来缓和在最大光程处干涉图的不连续程度。本文基于实验所得的干涉图样,运用MATLAB系统,分析了4种切趾函数的作用,并给出了处理后的相应干涉曲线,结果表明,经切趾处理后干涉图两侧都是缓和变化的。本文的研究在细胞模型建立、图像重建效果影响因素分析均取得了预期结果。为细胞定量相位成像技术提供了一种新的装置选择,分析了干涉相位成像和衍射相位成像结果,并加以实验验证。所得结果可为生物细胞形态研究提供一定的应用基础。