随着电子、化工、机械、冶金、制药、环境保护等工业和科学技术的发展，人们经常需要精确测量一些微粒的尺寸和形状，粒子粒度的测量对工农业生产、环保、国防和人类健康有重要意义。在需要对微粒进行粒度测量的许多领域中，有多种可供选择的粒度测量方法。近年来，随着高分辨率CCD及计算机技术的高速发展，数字同轴全息技术因其能够实现三维粒子场的动态测量和细节信息获取，成为粒度测量方法的一个研究热点。本文围绕粒子场粒度测量，在粒子场数字同轴全息的数字记录和再现、提高再现像质量和粒子场再现像的图像分析这三方面开展研究，具体做了如下的研究工作。首先从光衍射理论出发，系统分析了数字全息记录和再现的数学描述，研究比较了菲涅耳变换法、卷积法这两种常用的数字全息再现算法。详细推导了数字全息再现的小波变换再现算法，对卷积算法和小波变换算法进行了仿真实验和比较。对粒子场数字同轴全息的平面波记录系统和球面波记录系统进行了理论分析，建立了粒子场测量光路系统和测量模型。其次，针对粒子场数字全息再现像质量的提高，研究了小波阈值降噪的理论基础，建立了再现像散斑噪声模型。基于边缘检测的小波阈值散斑噪声去除思路，提出了两种具体的散斑噪声去除算法。第一种算法中对小波变换模极大值边缘检测算法进行了改进，提出了一种双阈值基础上的自适应阈值算法实现更精确的边缘检测，并将改进的小波模极大值边缘检测算法和基于Neyman-Pearson准则的小波阈值去噪应用到数字全息再现像散斑噪声抑制中。第二种算法中对小波阈值函数进行了改进，提出了一种折中阈值函数，该阈值函数既保证了重构图像的平滑性，又能更好地突出图像局部特征的性质，并将改进的折中阈值函数应用到数字全息再现像散斑噪声抑制中。实验结果表明，两种方法在消除数字全息再现像的散斑噪声同时，较好地保持了图像边缘，提高了再现像质量。最后，在基于典型全息图分析方法研究的基础上，采用全息图再现像分析方法对粒子场粒度进行测量。系统研究了数字同轴全息成像系统的点扩散函数，对粒子图像直径与真实直径之间的关系进行了理论分析。提出了一套数字图像处理方法从粒子场再现像中获得粒子空间位置、粒度信息。对粒子场全息再现像分析中的粒子提取和粒子定位这两个关键问题进行了研究，采用边缘检测方法实现粒子与背景分离的粒子提取方法；并提出了一种基于小波变换模值平均值的粒子定位算法，从变换域的角度进行粒子聚焦判别，实现粒子精确定位。研究了链码技术和区域目标面积计算方法，采用基于Freeman8-链码的区域面积计算方法进行粒度计算，以提高粒度计算效率和精度。最后利用本文提出的图像处理方法对标准粒子场进行了实验测量，实验结果证明了该图像分析处理方法的可行性。