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数字全息显微镜（Digital holographic microscopy，简称DHM）是数字全息技术在显微领域的应用，也被称为全息显微术。与其他显微技术相比，数字全息显微镜并不直接记录被观测物体的图像，而是记录含有被观测物体波前信息的全息图，再通过计算机对所记录的全息图进行数值重建来得到被测物体的相位和振幅（光强）信息，进而完成数字三维重构。打个形象的比方来理解数值重建这个过程，就是利用计算机算法代替传统光学显微镜中的成像透镜。
其他一些同数字全息显微技术相关的显微术包括干涉显微镜（Interferometric microscopy）、光学相干断层扫描技术（Optical coherence tomography，简称OCT）以及衍射相差显微镜（diffraction phase microscopy）。这些显微技术的共同点是都有一束参考波前，用来同时获得振幅和相位信息，信息被数字图像传感器采集，再通过计算机重建形成被测物体的图像。与之相比，传统的光学显微镜由于没有参考波束，只能记录振幅（光强）而没有相位，因此并不能读取物体的三维信息。
通过干涉产生的全息图被CCD传感器采集，经过电脑特定算法计算，重建微观物体的三维图像。全息图（Hologram）是由若干干涉条纹构成的，而要产生干涉条纹需要使用单色相干光源，比如说激光。
通过激光器发出的激光主要有两种典型的光路布局，反射式和透射式。
反射式光路
从激光器发出的激光被分为两束光，一束通过多个反射镜直接投射到分光镜，称为参考光R；另外一束则照射物体表面，经物体反射后携带表面形貌的波前（相位和振幅）信息，并通过显微物镜返回分光镜，称为物光O。参考光R和物光O在经过分光镜时产生干涉条纹形成全息图，并由CCD传感器记录。
透射式光路
透射式光路
与反射式相同的是激光开始都被分为两束，参考光R和物光O。与反射式不同的地方是，物光O是穿透物体之后再与参考光R形成干涉条纹。因此投射式光路要求物体对此波长的激光来说是透明的。
