数字全息是光学全息与计算机技术结合的一种新的光学分支。它除具有普通光学全息的优点外，还有其特殊的优越性，主要表现在省去了干板的化学处理和能通过计算较为方便地得到光场分布信息。三维物体数字全息可以记录和重构出三维物体的强度分布和相位分布，便于进行进一步处理，特别有利于对三维物体形貌的分析与测量，已逐渐受到国内外研究者的广泛关注。由于受到零级衍射光斑以及散斑噪声的影响，三维物体数字全息重构像质量不能令人满意，极大地阻碍了三维物体数字全息的进一步应用。本文着力研究提高数字全息重构像质量的各种方法，以滤除或减小零级衍射光斑以及共轭像对数字全息重构像质量的影响，使同轴和离轴数字全息重构像质量都达到可实际利用的程度。本文研究并用于提高数字全息重构像质量的方法有：离轴分离物像法，均值法去零级，相移法去零级及共轭像，小波法去零级及减小散斑噪声，收缩均值滤波法提高重构像对比度和细腻程度，Curvelet(曲波)法减小散斑噪声保护边缘信息，多幅图融合法减小散斑噪声等。对每种方法的研究都由理论分析得出，并通过实验加以验证分析，最终得到较为满意的实验结果。对于三维物体数字全息技术的应用，本文从干涉测量和三维物体识别两方面入手进行研究。干涉测量中，主要通过计算数字全息图中记录下的物体相位信息的变化对物体状态的微小变化进行精确测量。三维物体识别中，是通过卷积法重构，提取单幅全息图中比普通照片更丰富的物体信息构成非线性综合判别函数滤波器，进而通过相关运算实现了对三维物体一定旋转角度范围内的旋转不变识别。这两种应用研究皆以实验为基础，对三维物体数字全息技术的进一步实践与推广进行了有益的探索。本文中所有对于三维物体数字全息技术的研究其记录过程皆采用单次曝光技术，无需记录多幅图像，便于在实时图像分析处理领域中应用。