针对观看自由立体显示器存在人眼焦点调节和集合不一致的根本生理问题, 及观看时间稍长将引起立体观看视疲劳, 甚至危害视觉健康的问题。提出了一种对自由立体显示器视疲劳程度进行预测的方法, 由三个不同的立体观看视疲劳参数--视差值、视频帧率和串扰度组合得到27段立体测试视频, 让观看者观看这些视频得到主观评价数据, 采用多元线性回归的统计方法处理评价数据确定了自由立体显示器视疲劳的多元线性回归模型, 并根据此模型对待评估立体视频的视疲劳程度进行有效预测。这种方法避免了反复的主客观评价对视觉系统的危害, 减少主客观评价信息收集的复杂性。最重要的是, 该模型能快速预测自由立体显示器视疲劳程度。

基于双目视差的光栅式自由立体显示器技术已逐步成熟,为了定量研究颜色对自由立体显示器视觉舒适度的影响,需要对显示器进行颜色特性化。实验研究了一台彩色有源矩阵薄膜液晶光栅式自由立体显示器的通道独立性、色品恒定性和颜色特性化精度。结果显示:该显示器在三维(3D)模式下的通道独立性较差,而在二维(2D)模式下的通道独立性非常好;无论3D还是2D模式,该显示器的色品恒定性均非常好;该显示器3D和2D模式下增益-偏置-伽玛(GOG)模型的特性化精度分别为3.64和0.99Δ E*ab(CIELAB 色差),查找表(LUT)模型的精度分别为2.36和0.65Δ E*ab。显示器在3D模式下受到串扰的影响,因此其颜色特性化精度低于2D模式,其中LUT 方法的特性化精度可基本达到颜色视觉实验的要求,但要实现立体显示下的颜色精确预测或控制,还需要寻找其他更高精度的特性化方法。

为了实现光栅式自由立体显示器的空间视区建模与串扰的理论计算, 提出一种基于光学仿真软件Lighttools的空间视区模型建立与串扰计算方法。首先, 在Lighttools中, 以设计最佳观看位置(OVD)为轴心, 建立3个空间平面探测器。然后, 对探测平面上的照度仿真数据进行特征分析, 得到空间视区的简化模型; 分析简化模型与原始模型的空间线性和空间角度关系, 得到空间视区在三维空间的几何分布。最后, 依据视区模型的理论边界, 计算各个视区范围内的串扰度。从而完成了视区与串扰两个参数的规范化与数字化, 为自由立体显示器的设计和使用提供明确的理论指导。

针对自由立体显示器视疲劳的问题，对交叉视差及观看时间影响视觉舒适度的问题进行了分析和研究。实验选取具有交叉视差的图片和视频，观察者采用主观评价和客观评价相结合的方法，对其观看舒适度进行评价。结果表明具有交叉视差的图片和视频，其观看舒适度都随时间的增加而减弱，图片的观看时间应在23min以内，视频的观看时间应在17min以内，此时观看较为舒适。持续观看具有交叉视差的图片和视频会引起视疲劳，应控制其观看时间。

人眼是三维显示的第一接受器官，在深度视觉、空间/时间分辨、颜色/亮度响应等过程有其独特作用。针对三维显示中的立体图像质量、观看舒适度和临场感特性，对自由立体显示器中立体视疲劳、表面形变、大视场角显示质量和色带效应进行研究，从柱透镜的脉冲响应函数出发进行分析，并提出解决方法，在此基础上将多视点自由立体显示用于澄江古生物群科普宣传。同时讨论了集成成像中单元图像处理、立体深度和显示分辨率的问题，以及全息显示技术中的人眼视觉特性。

提出了一种通过测量瞳孔直径来判断自由立体显示器观看视疲劳程度的方法，并且建立了一种瞳孔直径的测量装置.该装置可在连续播放立体视频时记录观看者的瞳孔直径.通过观看者的主观评价得出视疲劳程度随着观看时间的增加而加剧，同时实验表明观看者瞳孔直径也随着观看时间的增加而变大，由此可得出将瞳孔直径作为一种新的视疲劳度量指标.当观看者的视疲劳处于中等水平时，观看者的瞳孔直径变化量为0.4 mm，可将该值确定为观看舒适度的临界值.

提出了一种在三维自由立体显示器的基础上，依据人眼双目视差的原理，使普通鼠标实现立体鼠标显现效果的方法.在此基础上，进一步提出了当立体鼠标指向屏幕上任意点时的实际位置深度信息的计算方法，并通过实验验证了该位置深度信息计算的正确性.理论分析和实验研究表明，提出的立体鼠标实现和位置计算方法可实现将当今的三维自由立体显示器应用于数字摄影测量系统.

建立了一套简化的分析模型,深入研究了BM(Black Matrix)的节距、观察距离、光栅倾斜角度对莫尔条纹的走向及其节距的影响,并进行了理论推导与试验验证,结果表明,该理论能有效地揭示莫尔条纹的形成机理与形成规律,为莫尔条纹问题的解决提供了必要的理论依据。

提出了反映观察区域某一点是否是合适的立体观察点立体图像质量因子的概念.根据狭缝光栅自由立体显示器的结构和工作原理并应用几何光学知识,分析得出了立体图像质量因子的计算公式,并给出了立体显示器的立体图像质量因子的计算结果.通过定义立体图像质量因子的阈值,得到狭缝光栅自由立体显示器的立体可视区域.