我们通过眼睛认知自然界,能直观的得到物体的三维信息。进入21世纪以来,随着人类观赏需求的不断加大,普通的二维显示早已不能满足,三维显示技术就成为了研究热点。目前,商业应用最广的立体显示技术都无法提供物体的全部信息,而全息三维显示技术能够完整的记录物体全部深度信息,成为了国内外研究机构、高校的研究重点。随着电子器件工艺的进步,空间光调制器的诞生更是为彩色全息三维显示技术提供了支持,将光波的振幅和相位在空间中进行调制,相位型空间光调制器LCOS具有衍射率高,分辨率高、像素尺寸小等优点,广泛应用。但由于它是纯相位型空间光调制器,加载在其上的全息图为相位型,失去了物体的振幅信息,不能重建物体所有深度信息,重建像质量不高;另一方面,搭建基于LCOS的全息显示系统,来实现高质量的真彩色三维显示也是研究重点之一。本文主要针对LCOS的特性,研究了基于LCOS的高质量相息图的计算方法,对波前记录平面算法进行了优化,同时开展了基于LCOS的彩色3D显示系统的相关研究。主要研究工作如下:1.简述了目前国内外三维显示技术及全息三维显示技术的研究现状,介绍了动态全息显示中全息图的算法,概括了目前基于LCOS的彩色全息显示系统的几种光路搭建方法。介绍了全息显示中的一些基本理论以及计算全息中的相息图编码,同时详细分析了用于全息光电再现的空间滤波的4 f系统。2.分析了液晶空间光调制器的调制特性,重点介绍了硅基液晶空间光调制器LCOS,并分析了其基本原理、像素结构、脉冲响应等特性。通过理论研究,对近年来提出的两种基于相位型全息图编码方法进行了分析,作出了改进,提出一种能够准确重现3D物体像的高质量编码方法,给出理论模拟及实验证明。3.基于传统的点源法对波前记录算法(WRP)进行了理论研究,针对目前的WRP算法都没有给出三维物点与WRP虚拟平面有效距离、WRP虚拟平面放置的最优位置及WRP分层计算中三维物体的最优分割层数等问题,提出了WRP算法的分层优化设计,通过对WRP理论研究,给出WRP虚拟平面采样像素间距与三维物点在WRP平面有效像素的距离?的关系,在此基础上,通过对相近景深不同三维物体及不同景深同一三维物体根据WRP方法进行实际分层的数值模拟计算分析,得出三维物体WRP分层计算的最优化分层数目,给出理论模拟及实验证明。4.通过研究矩阵光学及标量衍射理论,对基于LCOS的3D显示系统进行了研究,将LCOS后方带有选通滤波器的傍轴光学成像系统视为由一等效透镜及其焦平面上有一孔径光阑的光学系统,理论上导出相息图的优化编码及滤波窗的优化设计方法,给出了相关的模拟实验证明。研究工作为这类系统的实际应用提供了方便。