本发明涉及基于双色窄脉冲LED照明的粒子场全息成像装置及图像处理方法，装置包括：双色窄脉冲LED照明光源、准直扩束透镜、远心放大镜头、彩色CMOS相机和同步控制器，其中，双色窄脉冲LED照明光源按照预设时间间隔发射窄脉冲光束，窄脉冲光束经过准直扩束透镜后转换为平行光束，平行光束照射采样区，形成干涉图样，干涉图样经过远心放大镜头后，被彩色CMOS相机记录；同步控制器将彩色CMOS相机和双色窄脉冲LED照明光源连接，用于控制彩色CMOS相机和双色窄脉冲LED照明光源的工作时序。本发明能够获取彩色全息图像，进而实现粒子的空间位置、粒径大小、运动速度等参数的同步测量，得到粒子的相态信息。