傅里叶叠层显微成像技术（Fourier ptychographic microscopy,FPM）是2013年以来提出的一种新型计算成像方法，其整合了相位恢复与合成孔径技术的共同优势，克服了传统显微成像系统中视场范围与空间分辨率之间的相互制约关系，可将系统的空间带宽积提高数十倍以上。此外，该方法为定量相位测量、系统像差校正提供了一种可行的方案，且具有低成本、无标记、灵活度高等诸多优点，近年来已被应用于定量相位显微成像、活细胞成像、超分辨显微成像等领域。本文介绍了基于傅里叶叠层理论的计算显微成像方法在空间带宽积提高和相位恢复等方面的独特优势，分析并总结了影响FPM成像性能的关键因素，从实验装置和重建算法两方面对FPM成像方法做出了改进。论文主要工作如下:　　1.搭建了一套基于LED阵列照明的FPM成像装置，在4×/0.1NA物镜、照明波长λ=631nm的实验条件下实现了1.55μm的空间分辨率，将系统的空间带宽积提高了16倍以上，克服了传统显微成像系统中视场范围与空间分辨率之间的相互制约关系。由动植物生物样品的成像结果验证了FPM在空间分辨率提高、定量相位测量和光学像差恢复等方面的有效性。　　2.提出了一种基于峰值信噪比的自适应采集方案，在重建分辨率损失可接受的范围内，成功将FPM原始数据集由225幅压缩至65幅，大幅度提高了FPM的数据采集效率。讨论了频谱面孔径交叠率、像面采样率和样品厚度等参数对FPM重建质量的影响，提出了基于稀疏采样原理的亚像素采样方案，有效克服了由于像面欠采样导致的相位伪影和频谱失真等问题。　　3.分析了LED阵列位置偏差、照明强度波动和背景噪声等因素对FPM重建质量的影响，提出了一套完整的针对于FPM的数据预处理方案。通过最小二乘法实现了全画幅降噪，并利用一系列二值像素掩模板成功消除了杂散光对暗场采集图像的干扰，大幅度提高了原始采集数据间的一致性与连续性。　　4.在PIE重建算法的基础上，提出了SC-FPM系统校正算法，通过结合模拟退火与非线性规划过程，可精确求解出每个LED单元在频谱面的真实位置坐标，并采用自适应步长更新过程有效降低了迭代算法在收敛值附近的震荡。经实验验证，SC-FPM算法可有效解决由于LED位置偏差及照明强度波动对FPM成像质量带来的影响，显著提升了原始重建算法对噪声的鲁棒性。　　5.设计并加工了可提供高达0.95数值孔径的半球面LED照明装置，搭建了一套高分辨傅里叶叠层显微成像系统(HR-FPM)。HR-FPM有效克服了传统FPM成像系统中合成孔径受限的问题，利用低倍物镜合成了高于1的数值孔径，实现了亚波长量级的空间分辨率。经实验验证，在入射波长λ=465nm的情况下，采用4×/0.1NA物镜实现了488nm的空间分辨率，获得了十亿像素量级的空间带宽积，实现了低倍物镜大视场和高倍物镜高分辨率的共同技术优势。