本文基于与立体图像密切相关的原理、显示、合成、压缩四个关键要素,分别对静止自由立体图像视觉原理特性、与多视点静止自由立体图像合成显示相关的图像处理、多视点静止自由立体图像合成、以及多视点静止自由立体图像压缩进行了深入的理论分析和实验研究。首先,结合人眼视觉系统特性,研究了亮度、对比度、分辨率和色度对双视点立体成像系统立体显示效果的影响,首次得出了视点图像的色度差异对立体信息的显示几乎无影响、采用色度替换方法可以有效减小立体图像的数据量的重要结果;利用该结果进一步深入研究了视点图像的色度差异对于多视点立体成像系统显示效果的影响,实验结果表明压缩效率获得了进一步提高。其次,针对多视点自由立体图像合成过程中存在的频域混叠现象,深入研究了基于二维采样理论的消除频域混叠的滤波处理;建立了相应的理论子采样模型;完成了二维抗混叠数字滤波器设计;并且将所设计的二维抗混叠数字滤波器应用到多视点自由立体图像处理中,有效地移除了由于频率混叠所造成的失真。实验结果与理论分析结果保持一致。然后,为了解决了现有的高质量立体图像合成算法复杂度高、合成效率低的问题,提出了包括AIV合成算法、梯度合成算法和SSPL合成算法在内的三种高效率立体图像合成算法,其具有处理过程简便快捷、可应用于实时处理的特点,是多视点自由立体图像产业化的关键环节之一。最后,突破了以往平面图像压缩方案的局限,提出了基于H.264的多视点静止自由立体图像压缩方案,其立体图像质量和压缩效率显著高于传统的JPEG静止图像压缩方案;首次提出了可以适应传输网络带宽变化需求的可伸缩多视点静止自由立体图像压缩方案,并且根据应用领域的不同,设计了图像质量优先和立体效果优先两种编码方案;首次提出了色度替换的可伸缩多视点静止自由立体图像压缩方案,该方案可以进一步提高压缩效率。