近年来我国载人航天事业发展迅速,作为限制人类进行长期太空探索和驻留的最重要因素之一,空间辐照环境对生命体影响问题备受关注。鉴于此,在我校开展的重大科技基础设施项目“空间环境地面模拟设施”中,核心任务之一就是对质子微束辐照后无标记细胞的旁效应进行检测,从而揭示空间辐照损伤的规律及机制。“辐照旁效应”是指受辐照细胞产生损伤信号进而诱导辐照区外大范围未受辐照的细胞出现类似损伤的生物学效应。其有效范围最大可达7.5mm,检测分辨率需满足亚微米量级,对应信息吞吐量超过了传统显微镜的空间带宽积极限。此外,在微束辐照原位检测场景中,传统照明方式引入了严重的非均匀照明缺陷;而在微束辐照离线检测场景中,对细胞细节的进一步观测则要求成像系统具有更高的分辨率。因此,辐照旁效应检测专用显微仪器的核心难点是需要同时兼顾大视场高分辨率、无标记透明细胞成像和抗照明缺陷等苛刻要求。传统宽场显微成像技术无法同时解决上述难题,这一需求也是现代显微仪器领域一个新的挑战。基于散斑照明的菲涅尔叠层显微技术具有成像视场大、能够对无标记细胞量化相位成像、对照明缺陷不敏感和不依赖照明光场先验信息等优点,被广泛应用于无标记细胞的成像场景。然而该技术分辨率仍然受到探测器像素尺寸和收集孔径的限制,无法满足辐照旁效应检测对高空间带宽积成像的要求。针对上述问题,本论文主要完成了以下工作:（1）为满足对细胞辐照旁效应进行大视场高分辨抗照明缺陷的原位检测需求,针对现有菲涅尔叠层显微技术在无透镜系统中的分辨率受到探测器像素尺寸限制问题,开展了基于上采样量化相位成像原理的像素超分辨菲涅尔叠层无透镜显微技术（PSR-FPLM）研究。使用散斑图案对样品复振幅进行照明调制,横向扫描样品以增加衍射图像的多样性和亚像素信息,建立了散斑照明时像素超分辨量化相位成像模型的目标函数,构建了散斑照明条件下的像素超分辨重构算法,在重构过程中根据迭代图像降采样前后的比值构造了修正系数矩阵以实现对低分辨样品复振幅的上采样修正,在抑制照明缺陷的同时解决了像素分辨率受到探测器像素尺寸限制问题,从而为辐照旁效应原位检测等场景提供了兼顾量化相位成像和抗照明缺陷的大视场像素超分辨无透镜显微成像技术途径。原理实验表明,PSR-FPLM技术将无透镜系统的像素分辨率由探测器像素尺寸限定的1.67μm提高至0.78μm,对1.53rad相位样品测量误差为7.84%,且对照明缺陷具有高度鲁棒性。（2）为满足对细胞辐照旁效应进行大视场高分辨的离线检测需求,针对现有菲涅尔叠层显微技术在透镜系统中的分辨率受到收集物镜数值孔径限制问题,基于相干散斑照明对待测样品频谱的随机平移原理开展了光学超分辨菲涅尔叠层透镜显微技术（OSR-FPLBM）研究。首先,通过引入物方离焦加强了透镜系统的相位传递函数,使用随机分布的高频散斑图案对样品复振幅进行照明编码和频移,建立了散斑照明时光学超分辨量化相位成像模型的目标函数,基于合成孔径原理构建了超越收集系统衍射极限的光学超分辨算法;然后,在具有更大视场的低放大倍率、欠采样透镜成像系统中,构建了欠采样条件下的光学超分辨算法,进一步提高了系统空间带宽积,最终为辐照旁效应离线检测提供了一种兼顾量化相位成像和不依赖照明光场先验信息的大视场光学超分辨透镜显微成像技术。原理实验表明,在NA=0.3、放大倍率为2.76倍的欠采样透镜系统中,OSR-FPLBM技术实现了2倍光学超分辨,并将半节距分辨率由1.25μm提高至0.41μm。（3）基于上述所提出的方法,开展了PSR-FPLM技术和OSR-FPLBM技术的大视场高分辨率成像综合实验。在实验系统中测试了小鼠肾细胞和内颊壁细胞样品等无标记透明生物样品,验证了所提出方法能够实现大视场高分辨成像。综合实验表明,PSR-FPLM技术在无透镜系统中实现了视场面积为6.44mm×4.62mm、半节距分辨率为0.78μm的量化相位成像效果,对应空间带宽积由1.07×10~7像素提升至4.89×10~7像素;OSR-FPLBM技术在欠采样透镜系统中实现了视场面积为3.06mm×2.56mm、半节距分辨率为0.41μm的量化相位成像效果,对应空间带宽积由4.60×10~6像素提升至4.66×10~7像素。