立体影像相关技术能够增强场景影像的真实感和沉浸感,在文化娱乐、医疗、军事仿真、工程展览、教育等领域得到了广阔的应用,正成为各国科研和产业界关注的热点领域。近年来,诸如柱幕、环幕和球幕等具有高分辨率和强沉浸感的非平面影像显示系统陆续出现。尽管目前传统的平面立体影像相关技术已经相当成熟,但平面立体影像生成技术无法直接应用于非平面的影像显示系统,因此,开发适用于此类非传统平面显示系统的立体影像相关技术变得越来越重要。如何面向球面进行立体影像生成和感知分析,是立体影像技术领域内的难点问题。一方面,在球面极点区域物体远离球面成像平面的情况下,已有的球面立体影像生成方法会产生极点区域的影像扭曲问题,极大影响用户的观察体验。另一方面,面向球面的立体影像感知分析模型和评估方法尚未建立,无法对球面立体影像生成方法及其感知效果进行有效评估。在球面立体影像生成方面,本文详细介绍了将柱面全方位立体影像生成方法拓展至球面的全方位立体球面拓展方法及其透视相机实现方式。然后,针对全方位立体球面拓展方法在球面极点区域出现的影像扭曲现象,本文提出了两种改进后的球面立体影像生成方法：全方位立体映射变换方法和全方位立体动态拍摄半径方法。第一种方法对全方位立体球面拓展方法生成的立体影像进行后处理编辑,对极点区域的扭曲影像进行反向扭转,以此来减弱并消除影像扭曲现象。第二种方法在全方位立体球面拓展方法生成球面立体影像的拍摄过程中,动态调整立体相机进行旋转拍摄时的旋转半径,利用减小极点区域立体相机成像视差的方法来减弱并消除影像扭曲现象。在球面立体影像感知方面,本文在已有研究的基础上,总结并建立了基于最小二乘法的立体影像感知分析模型。利用立体影像感知分析模型基础,本文尝试使用感知深度图像的方法对球面立体影像的感知结果进行分析和效果评估。实验表明,本文使用的立体影像感知分析模型和评估方法能够适用于球面立体影像感知分析,解释球面立体影像相关的感知现象,并能对比全方位立体映射变换方法和全方位立体动态拍摄半径方法对极点区域影像扭曲的改善效果,进行球面立体影像生成方法的感知评估。