光学自由曲面具备较高的设计自由度与像差校正能力；全息光学元件具备特有的波前调控特性、选择性、复用性、轻薄性与易加工性。在成像与显示光学系统设计中，将自由曲面与全息光学元件相融合，可以获得较为优秀的系统指标和系统性能，使系统形态更加紧凑、轻便，且得到离轴非对称的新型系统结构。简要介绍了自由曲面光学与全息光学元件的基本原理、光线追迹特性、应用领域等，阐述了自由曲面光学与全息光学元件的融合设计方法，基于对全息光学元件的分类，总结了融合自由曲面光学与全息光学元件的成像与显示光学系统的设计与应用，讨论了两类元件融合设计的限制因素并对未来的发展趋势进行了展望。

宽色域技术是目前画质增强方向的研究热点之一，该技术可以大大提高视频图像的色彩还原能力，改善人眼的视觉感受。扩展色域的方法主要分为3个方向，传输“负”值色光、高饱和三原色以及多原色。首先简述了宽色域技术的研究意义，然后主要对现有标准色域和主流宽色域标准进行了介绍，并且详细阐述了多原色宽色域的成像与显示技术，最后讨论了该领域待解决的问题以及未来发展趋势。

集成成像3D显示是一种利用微透镜阵列进行三维信息记录和重现的技术, 针对集成成像3D显示过程中, 微透镜之间间隙导致的杂散光引起干扰以及微透镜所成像之间的串扰导致的重构图像质量下降原因, 采用针孔阵列的不透光部分来屏蔽杂散光, 构建了针孔/微透镜组合阵列结构。根据集成成像原理, 分析针孔/微透镜组合阵列的参数, 并利用Tracepro光学软件对集成成像3D显示过程进行仿真, 结果显示: 在记录和重构阶段, 针孔/微透镜组合阵列都能有效减少通过微透镜之间间隙的杂散光引起的与成像无关的亮斑, 提高图像显示质量; 当记录阶段和重构阶段均采用针孔/微透镜组合阵列时, 得到的重构图像质量最好。

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。