本发明提供一种基于深度学习的无透镜显微成像系统及方法，涉及无透镜显微成像领域，包括：无透镜显微成像模块，包括样品微腔，用于装载细胞样品，样品微腔的底部紧贴图像传感器芯片的表面，图像传感器芯片用于记录细胞样品的投影显微图像；光源模块，用于在细胞样品成像时提供光源；微流控模块，用于向样品微腔中定量注入细胞样品；明场显微镜，用于记录细胞样品的明场显微图像；图像处理与显示模块，用于将相同视场下的投影显微图像和明场显微图像一一对应生成图像对，并根据各图像对训练得到深度学习网络模型，并显示模型训练结果。有益效果是在保持无透镜显微的大视场优势的同时提高了成像分辨率，也能在成像风格上更接近于显微镜的效果。