直径介于几百微米至几毫米的中空靶丸是惯性约束核聚变（Inertial Confinement fusion,ICF）实验的核心器件之一。其内表面任何微小的缺陷都有可能引发不对称压缩,导致点火失败。在现有的检测方法中,光学显微零位干涉术是靶丸内表面缺陷检测方案中最具潜力的方案之一。本文针对靶丸内外表面形貌信息混叠现象以及内表面缺陷离焦问题,从光学空间分层衍射计算的角度出发,开展了以下研究:基于标量衍射理论,通过数学推导建立衍射面与观察面之间映射关系,在频域给出了平面角谱衍射公式,在空域给出了基尔霍夫衍射积分公式、瑞利-索末菲公式。重点分析了离散化过程中的衍射面的采样问题、传递函数采样问题。针对靶丸内外表面信息混叠的问题,研究了一种复原靶丸内表面缺陷信息的模型。该模型在物空间将视场内的靶丸前外表面、前内表面以景深为步长进行分层,利用物像共轭关系,将物空间的分层变换到像空间中的实际像面分层。在此基础上,引入虚拟透镜,构建了与实际像面成共轭关系的虚拟像面,将探测器面处波面复原简化成探测器面处波面到虚拟像面的波面反演,将原先的点投影下的混叠信息分离问题转化为平行投影下的混叠信息问题。通过区域划分,建立起探测器面处复振幅与前内表面的虚拟像面、前外表面的虚拟像面函数关系。针对轴向距离的校准问题,研究了自聚焦算法。将衍射计算、曲面分层、自聚焦算法、虚拟透镜组合成最终的层间解调算法。为了验证层间解调算法的可靠性,对层间解调算法关键步骤进行了仿真分析。首先仿真分析了引入虚拟透镜前后对复振幅重构的影响。然后,对两种层间调制量的求解方法进行仿真分析:第一种为空间分层方法;第二种利用频域拼接的方法。最后,仿真分析了层间解调算法在像差下复原结果,结果表明复原结果良好。搭建了零位显微干涉系统。针对直径2mm的靶丸的前内表面缺陷信息使用层间解调算法进行复原,并将复原后的单个子孔径内表面缺陷分布图与原先内表面离焦缺陷质心位置进行对比;其次,将算法复原的内表面缺陷和直接成像在前内表面获取的内表面缺陷进行对比,证明本文提出的复原算法复原出的内表面缺陷可以消除外表面缺陷调制的影响,解决了自身离焦的问题。最后,在误差分析中,着重分析了靶丸表面粗糙度对内表面缺陷复原的影响,发现在粗糙度较小的情况下,复原的内表面缺陷情况良好。