立体影像采集与显示技术在医学与生物学的研究与应用中体现出了日益显著的重要性。本研究关注真三维显示与增强现实系统在生物医学影像获取、分析与显示领域的研究热点与挑战，提出了新型立体全像技术(integral videography)，能够实现裸眼可视的全视差动态真三维影像重建。为进一步提高真三维显示的空间分辨率与视角，我们设计了光学影像增强模块以提高立体影像空间像素的分布密度与光线偏折角度。同时，我们提出了新型立体空间透视融合系统用于增强现实应用。该系统能保证真三维影像与实际场景在空间尺寸上的准确融合与增强呈现，为观察者提供类似于“透视眼”的直观观察途径，有效地解决微创手术、医学教学复杂操作等复杂操作下传统二维平面显示所带来的“手眼不协调”共性问题。本系统在临床医学、生命科学与医学工程等领域已成为提高观察者认知与学习速度，增加操作进度与效率的高效方案，并有利于降低患者负担，帮助研究人员实现对疾病与生命机理的正确认识，应用前景广阔。此外，本研究还介绍了超长距离真三维显示与超高速成像领域的相关成果。