随着工业科技水平的提高,显示技术的急速发展逐渐模糊了图像与真实世界之间的界限。通过分析二维图像背后隐藏的三维信息,生物大脑可以根据图像中的特征信息来自组织构建三维立体模型。为了更好的凸显二维图像中的高维信息而引入视错觉复现系统,其对提升三维成像效果具有不可忽略的影响。本文针对视错觉复现系统在三维成像系统中的应用涉及到的关键技术,首先介绍视错觉生物机理,重点分析了视神经细胞感受野,特别针对其具有方向选择性这一生物特点,引入小波多方向分解并进行非线性处理实现仿真验证;其次,基于神经元放电是一个动态稳定的群体活动过程,视错觉感知中前后状态和环境像素不断相互影响改变,采用了改进的Wilson-Cowan神经动力学公式进行仿真验证复现;然后针对方向分离和动力学迭代中的密集计算,基于硬件并行和流水线方法,设计了加速IP核,并在PYNQ上进行实现;最后,根据本文设计的各个系统,完成整体的视错觉复现系统原型设计,并在三维成像系统中凸显三维特征信息。论文工作成果主要体现在:（1）针对视觉感知中的方向特征选择性,提出了图像多方向小波分量分离算法,通过引入三角函数变换原理,设计出适于连续变化图像信号且不产生截断误差的紧支撑连续小波基,分离出水平、垂直和对角三个视觉感知的关键方向分量。（2）基于视错觉图像感知相互影响改变,设计了视错觉神经动力学模型,包括对图像进行归一化处理的设计,Wilson-Cowan视错觉神经动力学模型中基于频率影响的sigmoid激活函数的设计和系统稳定性的设计。（3）采用硬件并行和流水线方法设计出硬件加速IP核,包括小波变换专用矩阵计算IP核,Wilson-Cowan图像动力学模型专用高斯卷积IP核,及结合IP核的软硬件协同调用设计,该方案有效地提高了图像处理速度。最后,本文整合了视错觉多方向尺度处理、视错觉神经动力学系统和硬件加速,设计搭建了视错觉复现系统的原型,有效增强了三维虚拟成像系统中图像的三维亮度信息特征,验证了整个系统方案的可行性。