针对集成成像三维再现像的视场角较窄, 实用化受限的问题,提出了一种拓展集成成像视场角的新方法,并基于多级投影技术构建了具有大视场角的三维集成成像系统。该系统利用多个投影仪并联投射不同级次的元素图像阵列并进行三维重构来获得大视场角的集成成像再现像。与传统的集成成像视场角拓展技术相比, 所提方法具有系统结构简单、无需场镜等辅助光学器件; 系统中没有机械运动, 不会产生振动和噪声; 以及可用于大尺寸集成成像显示系统的优点。光学实验结果表明, 提出的多级投影式集成成像显示系统的再现像视场角为±35°, 是传统的集成成像系统获得的视场角的2.92倍, 明显拓展了视场角。

基于三维集成成像理论以及相机阵列和显示透镜阵列之间的对应关系，利用几何成像理论和光线追踪方法对不匹配全光学集成成像记录系统进行了理论分析，得到了主要记录参数(记录距离和相机间隔)和集成成像显示特性之间的关系。提出了一种非匹配系统中相机阵列记录系统参数的设计方法，并设计了相机阵列记录系统。计算得到了系统的关键参数为记录距离49.6 cm，相机间隔25 mm。对提出的方法进行了实验验证，结果表明，提出的相机阵列光学记录系统能够完整记录场景的三维信息，三维显示特性基本达到了设计指标，相机阵列的主要记录参数与集成成像三维显示特性的关系符合理论分析，验证了提出方法及系统设计的可行性。 提出的系统可为不匹配全光学集成成像系统显示提供大场景、高分辨率微图像阵列。

针对集成成像裸眼三维显示技术受三维再现像再现深度的限制而无法实现大规模应用的问题，提出了一种基于小发散角的投影式集成成像三维再现深度的拓展方法。该方法利用投影式集成成像显示系统和一个辅助透镜来控制元素图像阵列中各像素点的发散角度，利用小发散角度实现了再现深度的拓展。与传统的多中心平面拓展技术相比，该方法具有系统结果简单，扩展效率高，对显示器件要求较低的优点。光学实验结果显示，当元素图像阵列中各像素点的发散角为1.79°时，集成成像三维再现深度是原来的6.4倍，比传统的多中心平面扩展技术实现的4倍再现深度提升了60%，为提高集成成像三维再现像的品质提供了一种有效的解决方法。

集成成像三维显示技术是利用透镜阵列获取和显示立体图像的一种三维显示技术。本文首先综述了集成成像三维显示系统的特点，考虑其系统性能主要受分辨率、景深和观看视场角的限制，对近年来集成成像三维显示系统在增大分辨率、景深和观看视场角方面的研究进展做了综合论述，比较分析了各种改进方法的优劣。最后，对我国集成成像三维显示技术的研究现状进行了总结，并简述了本研究小组在该领域取得的若干研究成果。

基于偶氮材料光吸收调制的高分辨率微加工技术近年来引起了极大关注。为揭示该技术中偶氮材料光吸收调制的机制，结合偶氮材料光致异构原理，利用偶氮材料的光吸收理论模型，数值模拟了偶氮材料光吸收率的时间变化特性。以典型偶氮苯染料分散黄7(Disperse Yellow 7-DY7)为例，分别开展了在365 nm光束单独作用和365 nm与532 nm双光束共同作用下，不同厚度DY7薄膜在365 nm光吸收率的时间变化特性实验研究。结果表明，在365 nm光束作用下，偶氮苯材料对365 nm光吸收率因光致异构效应发生了明显改变，而实验中532 nm光束的热效应对偶氮苯材料的光吸收率有显著的影响。

利用相机阵列获取三维信息实现三维集成成像与显示时，为消除相机阵列空间位置偏差对元素图像阵列的影响，提高再现三维图像的质量，以相机阵列记录系统为基础提出了一种元素图像阵列校正方法。通过特征点位置坐标以及相机位置平移误差和旋转误差的计算，分析了相机阵列位置平移误差和旋转误差与元素图像间的关系，以及校正算法的精度。利用光学实验对该算法进行了验证，结果表明，此方法可有效消除相机阵列位置偏差对元素图像阵列的影响，并且校正后再现三维图像质量明显优于误差图像，峰值信噪比提高了33.6%，实现了基于三维集成成像相机阵列获取的元素图像校正，满足了集成成像的显示要求。

介绍了三维显示技术的研究现状，综述了狭缝光栅和柱面透镜光栅在自由立体显示技术中的重要应用。回顾了各种光栅式自由立体显示系统的结构和原理；提出了如何根据狭缝光栅和柱面透镜光栅的特殊光学性质，在传统的立体显示系统中添加各种光栅形成灵活组合结构来提高立体显示效果，强调了它们在减小串扰、增大视场角、避免摩尔条纹以及提供更全面的三维信息等方面的作用。最后指出基于两种光栅的叠加构成面积大、参数均匀、价格低廉的新型透镜可实现全视差立体显示，对探索自由立体显示技术的研究很有意义。

针对三维集成成像与显示技术中光学阵列式物体三维信息获取的要求，提出了一种确定最佳记录距离的新方法来减少相邻成像单元间的干扰和三维再现过程中的串扰现象。通过分析大小不同的物体在不同记录距离处的物点成像率和像点利用率，确定了合理的记录距离。分析结果表明，对于特定的集成成像系统，该新方法确定的最佳记录距离处的物点成像率和像点利用率的乘积比传统方法均有较大提高，最大可以提高34倍。另外，通过光学实验实现了完整且细节丰富的三维图像再现，进一步验证了这一方法的正确性。该方法同时适用于透镜阵列和照相机阵列的三维信息获取。

针对集成成像三维显示技术的特点，利用相邻元素图像中的同名点间距，计算了集成成像三维显示过程中再现场景的立体深度，通过深入分析系统所能够再现场景的最大和最小立体深度，对集成成像三维显示系统立体深度的再现能力进行了表征。结果表明透镜阵列间距和同名点间距对集成成像三维显示系统再现场景的立体深度有重要的影响，而显示器件的分辨率和透镜间距则决定了系统最终的立体深度再现能力。在理论分析的基础上，通过改变元素图像中的同名点间距，在光学实验上实现了对系统再现场景立体深度的调制。

为探究二次曲面前房型有晶体眼人工晶体的球差矫正特性，进行了球面和二次曲面有晶体眼人工晶体的设计，并利用像差理论对二者的球差矫正特性进行了研究.基于R.Navarro等人提出的模型眼得到屈光不正眼模型，利用ZEMAX光学软件分别设计了可矫正屈光不正人眼的球面与二次曲面前房型有晶体眼人工晶体.通过对光学传递函数和Zernike球差系数的比较，以及对Seidel球差分布系数的计算分析发现:在保证屈光不正矫正至正常水平的前提下，较之传统球面人工晶体，二次曲面的引入仅对远视眼的球差有矫正作用，并使光学传递函数显著改善；而对近视眼而言，二次曲面人工晶体的球差矫正效果与球面人工晶体相当.这一结论对前房型有晶体眼人工晶体的设计和应用具有重要的理论指导意义.