三维集成成像作为三维立体成像技术中的一种,拥有连续视角,全视差,无视觉疲劳且成像结构简单等优点。然而,基于该系统成像传感器的物理性能限制,在有限条件如多聚焦或低照度下,三维重构图像的视觉品质会严重降低。本文针对多聚焦和低照度两种情况,分别提出增强三维集成成像可视化的解决方案。集成成像系统中成像传感器的景深限制导致在拍摄过程中经常出现多聚焦问题,即在景深内的目标物体是聚焦的,而在景深外的目标物体则是非聚焦的,这无疑会降低元素图像以及三维重构图像的视觉品质。本文结合二维图像融合技术与三维集成成像系统的成像结构原理提出了集成成像三维景深增强系统。首先对采集到的元素图像的目标物体进行提取,然后对所有目标物体图像进行清晰度检测并筛选出最适合图像融合的模板图像,经过融合处理后获得一组全聚焦的元素图像,并进行三维重构。实验结果验证了本文提出的系统能够在保留元素图像中前景物体的视差信息的同时解决由多聚焦引起的图像散焦问题,得到全聚焦元素图像,增强三维重构景深。在低照度的条件下如没有月亮的晴朗夜空或者深海中,普通的光学图像传感器拍摄到的图像将会缺失大量的特征信息,严重降低了三维重构图像的视觉品质。本文采用光子计数集成成像技术,获取一组初始光子计数元素图像。并利用统计学方法对初始光子图优化估计,提高光子图及三维重构图像的视觉品质。特别的,本文基于三维集成成像的成像结构原理,针对原有的统计学估计算法进行优化调整,获得更精确的光子图。实验结果证明本文提出的方法能够有效改善低照度下集成成像的三维可视化。此外,基于光子计数集成成像的原理与性质,本文进一步拓展该技术的应用领域。例如提升在高散射介质中的三维可视化处理,利用光子计数集成成像有效去除散射介质并重构出高品质的物体图像。或者与压缩感知技术的稀疏性质结合,进一步提高压缩效率,提升系统整体的传输速率,并有效恢复传输的图像信息。