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集成成像是一种最具潜力的自由立体显示技术之一。尽管其具有许多技术优势，但是受到集成成像显示器件分辨率和透镜间距的束缚，空间图像再现深度较小，观看效果较差。针对这一问题，本文做了如下工作：首先根据人眼立体视觉机理，对比了传统多视点自由立体显示技术与三维集成成像技术的各自成像原理与显示特点。其次，针对典型集成成像立体显示系统，分析了系统在不同显示模式及显示方式下的显示特点，同时推导了系统体像素最大重构深度以及光斑尺寸同单元图像显示分辨率间的关系，并通过软件仿真与光学实验对结论进行了验证。此外，从人眼视觉特性方面证明了单元图像显示分辨率会对观看立体图像时单眼聚焦特性产生影响。最后，为提高显示端单元图像的显示分辨率，在前面理论分析的基础上，提出了一种基于空间复用的集成成像显示系统设计方案。最终搭建了一款采用多投影图像拼接的集成成像立体显示原理实验平台，实现了大分辨率高像素密度单元图像阵列的完整拼接显示。对该集成成像立体显示系统的立体图像重构深度进行验证，显示效果证明了理论推导与设计思路是正确可行的。