全息技术是实现空间悬浮真三维（3D）显示的重要方法。空间光调制器（SLM）作为当前唯一的实时动态全息真3D图像投射仪器，像素量、分辨率等不足限制了其在空间悬浮真三维显示领域的应用。研究多SLM拼接实现高分辨低噪声的空间悬浮真3D显示，首先通过菲涅耳层析法结合空间坐标变换技术，计算获得3D物体360°视角的高分辨率全息图；然后将每张全息图分为相同分辨率的4幅图，加载到阵列式拼接的4个SLMs上，滤除一阶之外的光束后，再现出完整的具有高信息容量高分辨率的全息3D实像；最后利用超声雾化介质进行承载，实现实时动态空间悬浮真3D显示。另外，利用时间平均法对重建像进行噪声抑制研究，实验结果证明该方法可有效地提升空间悬浮全息显示图像的质量。

以卫星立体影像数据和倾斜摄影数据为数据源,以资源三号卫星获取的湖南省遥感影像为例,基于瓦片金字塔模型,实现了不同分辨率的多类型数据的融合,建立了地形与纹理一体化表达的真三维模型。自主研发了ItelliEarth软件,以实现基于海量地形数据的三维场景下数据模型的可视化。研究结果表明,所提方法建立的真三维模型符合相关规范要求,为实现大尺度空间真三维模型的构建提供了有效途径。

为了优化固态体积式真三维显示中的闪烁现象, 研究了环境光对于显示闪烁的影响。通过傅里叶变换在频域获得环境光与成像光信号叠加后的频域能量分布, 分析了环境光影响显示闪烁的原因。同时, 设计完成了两组视觉感知实验并进行统计分析。结果显示, 环境光的频率、最大光强及占空比对于真三维显示的闪烁程度有显著性影响, 显著性差异小于0.001。其中, 环境光的频率是影响显示闪烁的首要因素, 环境光频率与显示刷新率相匹配是消除环境光对闪烁影响的主要途径; 降低最大光强或提高占空比有助于消除闪烁。闪烁程度评价模型的评估结果与实验结果的相关系数大于0.99, 研究结果对于基于层叠屏的三维显示闪烁程度优化具有积极的启发和指导作用。

为准确客观评价和优化固态体积式真三维显示中的闪烁现象, 提出一种隔层扫描的光阀矩阵刷新方法。采用傅里叶变换分析成像光信号在不同扫描模式下的频域能量分布, 在时间对比敏感度函数加权幅值谱强度(CSWA)评价模型的基础上, 提出时间对比敏感度函数加权幅值谱对比度(CSWC)方法。两组视觉感知实验的结果与CSWC评价模型的估算结果的Pearson相关系数达到-0.99。结果表明, 所提出的隔层扫描方法可以减轻真三维显示的闪烁, 所提出的CSWC评价模型实现了对真三维显示闪烁程度的客观量化评价。该结果对基于深度融合原理的三维显示闪烁程度优化和观看舒适度提升起到积极的指导和推动作用。

针对102 cm固态体积式真三维立体显示器的亮度要求, 设计了基于UHP光源的四灯投影光源系统, 并通过复眼均光系统实现均匀照明。仿真结果表明, 光源系统总的光通量为50 009 lm, 为理论计算值的1.21倍, 且光斑均匀性达到86%。完成102 cm固态体积式真三维立体显示器的装配、测试, 测得屏前静态全白场亮度138 nit, 图像立体感较强, 无明显分层现象。仿真和样机测试结果均表明, 设计满足102 cm固态体积式真三维显示的亮度要求。

基于聚合物稳定胆甾相液晶（PSCT）光阀的固态体积式真三维(3D)显示体，在状态转换瞬间其雾度和透射率的非线性变化会引起成像亮度变化，并引起深度图像间的串扰。通过分析PSCT光阀的光电响应特性和显示体驱动方式，推导出显示体成像亮度的变化函数，并据此计算出子帧亮度和灰度级偏差。通过调整光阀的驱动时序和重新分配数字微镜器件子帧，结合伽马校正，实现了灰度级的修正。给出了在真3D样机上显示的灰度级修正前后的3D成像，实验结果表明，该方法在亮度损失较小（约6%）的前提下，有效地修正了真三维成像的灰度级偏差，并基本消除了深度图像间的串扰，在一定程度上提高了3D显示的成像质量。

为了优化固态体积式真三维的立体成像效果，显示出更加逼真的立体图像，对编码图像的灰度级和成像显示体的对比度进行了研究。论文从固态体积式真三维立体显示器成像原理出发，介绍了固态体积式真三维的电路系统、光学投影系统和成像显示体，在分析和研究影响立体显示效果的主要因素后提出了两种改进的方法。一种方法是通过降低图像刷新频率，提高编码图像数据位数，从而提高像素灰度等级，另一种方法是改变液晶光阀的盒厚，以此增强显示体的对比度。在真三维样机上，成功实现了32级灰度，将颜色种类从4 096种提升至32 768种，对比度相比原样机提高了1.2倍，主观感受到更加丰富的图像细节和色彩。优化效果明显，可以显示出细节更加清晰、颜色更加丰富和效果更加真实的三维立体图像。

随着固态体积式真三维显示技术的快速发展，人们对该技术显示片源的要求不断提高，本文提出了一种用于固态体积式真三维显示的片源编码的改进方法。该方法对具有景深的虚拟场景提供3种处理模式：模式一，直接对RGB值和深度值进行编码、传输、解码；模式二，将RGB值转换成YUV值，再对YUV值和深度值进行编码、传输、解码；模式三，将RGB值转换成YUV值，对YUV值和深度值进行编码，再将编码后的YUV值转换成RGB值，对RGB值传输、解码。分别对这3种处理模式在工程样机上进行立体显示效果测试和编码效率的对比测试。实验证明：3种模式都能够达到立体显示要求，模式二和模式三生成的立体图像更逼真细致，模式二和模式三的编码效率比模式一的提高了至少3倍。该改进方法使生成的片源更具有灵活性和普适性，对YUV信号进行编码能够更贴合人眼对亮度的敏感度、使立体显示中的颜色信号更加充裕。

为了提高固态体积式真三维立体显示器的显示亮度, 根据方棒照明系统的特点, 设计了一种基于直流驱动、平行光出射的双灯照明系统。该设计根据光学扩展量守恒原理, 提出了一种通过延长投影光源汇聚距离的方法以实现双灯照明。通过光学仿真分析, 对设计的双灯方棒照明系统进行优化, 提高方棒照明系统的光能利用率和照明均匀性。搭建实际系统, 并进行了测试。测试结果表明: 采用双灯直流汞灯照明后, 2层散射态光阀后的成像亮度为41 711 cd/m2, 是单灯的1.4倍, 有效提高了固态体积式真三维显示器的成像质量。

针对三维图像数据获取和显示结合的问题，本文设计了一种融合数据采集和显示的端到端系统。该系统根据人眼自然观察方式，采用对应的采集和显示方法提供对物体从输入(采集)端到输出(显示)端可视化的逼真体验。本文重点阐述了系统中采集、传输以及显示部分的软、硬件结构的设计实现，其中输入(采集)端使用相机阵列对物体进行采集，图像经过采集校正后传输到由投影阵列组成的输出(显示)端，进行投影校正后再投影到各向异性散射屏上，以多视真三维显示的方式进行显示。本文对不同参数下的实际物体显示效果进行了对比试验，结果表明，通过合理选择参数，该样机可以很好地以真三维的方式显示采集得到的图像。