本发明是一种基于复合波带片的数字全息成像系统，由一个复合波带片和一个图像探测器组成，复合波带片由相位波带片和振幅波带片结合而成，二者制作在同一块衬底上。入射光波经过复合波带片后生成有且只有±1级衍射光，被测样本置于+1级焦点之后，当会聚的球面波通过焦点以后照明被测样本，该球面波被散射，形成携带被测样本信息的物光波，在交叠区域与未被散射的‑1级发散球面波干涉，形成干涉图样，由此建立以+1级作为照明光源和‑1级作为参考光源的数字全息成像系统，并利用相衬全息图逆向重构出物光波前信息。本发明结合衍射光波调制、微细加工光学技术、数字全息成像系统，可增大物光波与参考波的夹角，使捕获物光波高频段信息的能力得到进一步提高，具有较高的环境适应能力和测量动态范围，为微纳元件在线检测和活体生物特征显微提供一种新途径。