1、人類是天生的具有立體視覺的生物。人們很早就學會了在一個平面內(nèi)繪制透視圖來表現(xiàn)空間的三維特征。但是，無論是手繪的圖片還是照相機拍攝的照片，都只從某個角度某個側面反映景物的三維特征，所能表現(xiàn)的深度信息嚴重的匱乏。時下流行的智能手機、平板電腦、超清電視等二維顯示設備同樣存在這樣的問題。人們希望通過顯示設備看到栩栩如生的景物，仿佛要走出屏幕一般，而不是被囚禁在一個平面內(nèi)。在這樣的期望下，一百多年前，三維(three dimensional,3D

2、)顯示技術誕生了，并被確定為顯示技術的終極發(fā)展目標。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，各種3D顯示技術相繼涌現(xiàn)，在這中間，集成成像3D顯示技術無需輔助設備、無需相干光源、無觀看視疲勞，并且能夠提供全視差、連續(xù)視點、全彩色、實時的真3D圖像，被認為是最具前景的3D顯示技術之一。但是，集成成像3D顯示中的分辨率、視場角、深度范圍等受到原理和器件的限制，還有待于研究改進。本文從高分辨率集成成像3D顯示、2D/3D可切換的集成成像3D顯示和浮動集成成像3D顯

3、示三個方面研究高性能的集成成像3D顯示方案。
　　本論文的主要研究工作概述如下:
　　1.介紹了集成成像的原理和分類，詳細介紹了全光集成成像和計算機集成成像的原理和用途。介紹了集成成像三種顯示模式的特點。詳細分析了集成成像3D顯示性能參數(shù)的表達式和相互制約關系，并分析了集成成像3D顯示的優(yōu)點。
　　2.介紹了典型的提升集成成像顯示分辨率的方法。分析了傳統(tǒng)集成成像顯示中單元像存在有效區(qū)域的問題，及其對分辨率的影響。提出一

4、種利用不同焦距透鏡陣列分別進行拍攝和顯示的方法提高集成成像觀看分辨率。該方法可以擴大單元像的有效區(qū)域，避免了像素的浪費，增加了觀看者接收的信息量，即增加了分辨率。處理后的單元像陣列配合上長焦距透鏡陣列進行顯示，可以在保持觀看視角不變，重建3D像不變的情況下有效提高觀看分辨率。
　　3.介紹了基于點光源陣列的集成成像3D顯示方法，分析了其觀看分辨率特性，并介紹了相關改進方法和其不足。提出一種基于高密度點光源陣列的高分辨率集成成像顯示

5、方法，利用一個3×3的LED陣列和準直透鏡形成9個方向傳播的平行光，再通過透鏡陣列后生成4倍于透鏡元數(shù)量的點光源陣列，從而實現(xiàn)4倍分辨率的提升。與之前的高分辨率方法相比，該方法生成的點光源光束發(fā)散角相互平行，單元像尺寸均勻，觀看視角保持不變。最后模擬分析實驗結果中出現(xiàn)的顏色分離現(xiàn)象和模糊效應，得出當點光源尺寸與顯示面板像素尺寸一致時，可以有效避免以上兩個問題的出現(xiàn)。
　　4.介紹了2D/3D可切換集成成像顯示方法，提出2D/3D可

6、切換技術需要滿足的三個特性，詳細分析了幾種典型方法的工作原理和優(yōu)缺點。提出一種基于導光板的2D/3D可切換的集成成像顯示裝置。該裝置由平板背光源、導光板和液晶面板構成。3D模式下，平板背光源關閉，導光板側光源開啟，導光板產(chǎn)生一個點光源陣列，被液晶面板上的單元像調(diào)制，形成3D圖像。2D模式下，導光板側光源關閉，平板背光源開啟，液晶面板上的2D圖像正常顯示。因此，切換不同的光源，即可實現(xiàn)2D/3D切換。闡述了該方法的幾大優(yōu)點:系統(tǒng)厚度薄、成

7、本低、光效率高、切換簡單、2D模式圖像質(zhì)量高。對點光源成像像差和點光源密度優(yōu)化作了分析。選取了合適的參數(shù)使得成像像差可以忽略。推導了投影分辨率和采樣分辨率的表達式，提出一種點光源密度優(yōu)化方法，可以得到最佳點光源密度使得觀看分辨率最大。
　　5.介紹了浮動顯示技術的基本概念，是一種通過各種光學手段形成浮動在半空中的2D圖像的技術。詳細分析了幾種浮動顯示技術的優(yōu)缺點。介紹了基于浮動透鏡的浮動集成成像顯示技術，分析了其缺點例如窄小的觀看

8、視窗，透鏡成像畸變和成像像差等。提出了一種基于角錐回射器陣列的浮動集成成像顯示技術，該技術將基于角錐回射器陣列的浮動顯示與集成成像顯示相結合，不存在基于浮動透鏡的浮動集成成像顯示中的諸多問題，并且可以消除傳統(tǒng)集成成像顯示中深度—分辨率制約關系，增大實像模式的完全觀看范圍，克服深度反轉問題。用偏振分束片和四分之一波片對該方法的光利用率做了提升，可用來實現(xiàn)具備增強現(xiàn)實特征的浮動集成成像顯示。
　　本論文的主要創(chuàng)新點包括:
　　1

9、.提出一種利用不同焦距透鏡陣列分別進行拍攝和顯示的方法提高集成成像觀看分辨率。該方法不增加系統(tǒng)復雜度，通過擴大單元像有效區(qū)域有效增加觀看者接收信息量即分辨率，同時保持觀看視角和重建3D像不改變。
　　2.提出一種基于高密度點光源陣列的高分辨率集成成像顯示方法，可以實現(xiàn)4倍分辨率的提升。與之前的高分辨率方法相比，該方法生成的點光源光束發(fā)散角相互平行，單元像尺寸均勻，觀看視角保持不變。
　　3.提出一種基于導光板的2D/3D可切