长久以来，对显示世界视觉信息的获取主要来源于单摄像机捕获，而这种采集形式不能给人眼带来深度感、立体感以及对对象的全方位认识。随着相关学科的发展及人们对视觉效果的不断需求，三维（Three-dimensional,3D）显示技术应运而生，并迅速成为世界各国大力发展的新型显示模式。近几年来，3D显示技术已经广泛应用于影视娱乐、工业生产、医疗卫生、科技教育以及军事国防等诸多领域。目前，已有的3D显示技术主要包括利用视差的3D显示技术和真3D显示技术，其中，利用视差的3D显示技术违背了人眼在现实生活中的正常工作机理，长时间观看容易产生视觉疲劳，因此并非理想的3D技术实现方法。真3D显示技术通过光线叠加实现了立体图像的空间重现，观看者通过对眼睛焦距进行生理调节来感知图像的深度信息，不会产生视觉疲劳，成为众多学者公认的未来3D显示的发展方向。真3D显示技术主要包括组合成像技术、全息显示技术和体显示技术等，相对于时空分辨率受限的全息显示技术与体显示技术，组合成像技术不仅可以使显示器在一个广泛的视野空间内呈现出连续视差的全彩色图像，而且受显示设备的限制相对较小，具有很强的可行性和广阔的提升空间。目前，在组合成像技术的研究过程中主要面临如下具有挑战性的问题：（1）真实三维场景的立体元图像阵列生成技术对真实存在的三维场景进行直接采集可以免除计算机合成过程中复杂的建模环节，丰富组合成像技术的显示素材，然而，由于立体元图像阵列中包含大量的视点信息，现有的采集设备和传统的采集方式均遇到了分辨率不足、硬件结构复杂、相机调节困难以及成本高昂等问题。（2）立体元图像阵列的高效压缩编码技术与所有立体显示技术相同，组合成像技术也面临着大量数据流如何存储和传输的问题。在组合成像系统中，一幅立体元图像阵列由成百上千幅小尺寸的立体元图像组成，每幅立体元图像对应于一幅视点图像。由于现有的立体图像编码方法大多针对于较大尺寸的几个视点图像进行压缩，因此，并不适用于立体元图像。（3）大屏幕三维重现技术大屏幕的立体显示技术可以提高深度信息的表现效果，给观看者带来更大的视觉冲击和感染力。目前，限制组合成像技术实现大屏幕化的主要问题在于显示透镜阵列的造价昂贵且制作工艺无法满足大屏幕显示的需要，因此，实现该技术的关键在于根据组合成像技术在显示过程中的光学原理，改进透镜阵列的制作工艺或者采用与其光学性能相同的其它光学器件进行显示。针对上述问题，本文提出了以下五个解决方案，这些方法分别实现了立体元图像阵列的实景采集、虚拟合成、压缩编码以及真实显示，在一定程度上突破了当前面临的技术瓶颈，为组合成像技术的进一步发展和实际应用奠定了理论基础。（1）基于稀疏视点采集的立体元图像阵列合成方法本方法是在深入研究透镜阵列采集法的基础上提出的一种实景采集与计算机合成相结合的立体元图像阵列生成方法，首先，利用相机阵列采集到的稀疏视点图像重构出拍摄对象的空间位置和结构信息，然后，采用并行映射的方法将重构景物投影到每个虚拟透镜元中得到立体元图像阵列。与透镜阵列采集法相比，本方法克服了采集设备的限制，实现了高分辨率的立体显示，与传统的相机阵列采集法相比，本方法大大降低了拍摄成本和工作量。（2）离散视点采集结合窗截取算法的立体元图像阵列生成方法本方法的理论基础来源于立体元图像阵列与子图像阵列之间的光学映射关系，由于子图像阵列中子图像的数量远远小于立体元图像阵列中立体元图像的数量，因此，本方法提出了先获得拍摄对象的子图像阵列再将子图像阵列转换成立体元图像阵列的逆向思维方式。与之前提出的基于稀疏视点采集的立体元图像阵列合成方法相比，采用本方法生成的立体元图像阵列具有更大的视野范围和显示深度。（3）基于深度图绘制技术的二维虚拟视点合成方法本方法在传统的只针对水平相邻视点间图像进行虚拟合成的基于深度图绘制技术的虚拟合成方法的基础上，通过引入两步映射法将一维虚拟视点合成方法扩展为二维虚拟视点合成方法。本方法不仅进一步提高了组合成像系统中立体元图像阵列的采集效率，而且能够使生成的立体元图像阵列适应不同显示平台的需要。（4）立体元图像阵列的分布式预测编码方法本方法提出采用分布式预测编码框架对由立体元图像阵列变换得到的子图像阵列进行编码，针对子图像之间独特的相关性分布设计出了一种简单、有效的预测模型。由于分布式编码方法能够将计算复杂度由编码端转移到解码端，因此，本方法特别适用于运算量以及耗能受限的移动设备。（5）基于透镜阵列的组合成像系统显示本方法对组合成像系统的显示特性参数进行了系统分析，搭建了以高分辨率投影仪结合透镜阵列以及液晶平板显示器结合柱透镜光栅的光电结合方式的全视真实立体显示平台。同时，本文根据柱透镜光栅的光学特性，提出了一种一维组合成像显示过程中观看视点图像的计算机重构方法，该方法可以作为一维组合成像显示的一种模拟分析方法。