三维显示技术是下一代显示技术的发展趋势,使得视觉信息感知更加自然逼真。集成成像三维显示技术是目前最具前景的三维显示技术之一。集成成像使用透镜阵列采集并再现三维场景的四维光场信息,具有全彩色、准连续视差、无需辅助观看设备等优点。但目前集成成像系统还存在很多问题亟待解决,比如三维图像显示视角窄、再现显示分辨率低、三维图像景深有限、深度翻转问题等。本文围绕集成成像三维显示质量提升技术,主要开展的研究工作如下:首先对集成成像三维再现显示原理进行了分析,综合考虑角度采样间隔和角采样元尺寸,研究了集成成像再现光场传输降质问题,建立了再现光场降质模型,为集成成像显示系统优化设计提供理论基础。基于人工电磁材料的负折射特性,提出了单次获取集成成像再现显示深度翻转消除方法,分析了负折射率平板材料的深度翻转成像特性以及负折射率材料内部球面透镜阵列的成像过程,确定了近距负折射率集成成像系统参数和远场负折射率集成成像系统参数,实验表明该方法获得的单元图像阵列直接用于集成成像显示,能够再现正体视三维图像,提高了集成成像再现显示实时性,避免了二次获取过程带来的降质问题。针对折射型透镜阵列体积较大,像差校正能力弱,严重制约集成成像再现显示质量的问题,本文提出了基于超表面透镜阵列的集成成像分辨率提升技术,讨论了超表面的设计原理,推导了单层超表面透镜阵列相位分布,讨论了超表面透镜阵列的像差特性,对双层超表面透镜阵列进行了优化设计,实现了基于超表面透镜阵列的集成成像高分辨率采集与显示。针对集成成像显示视角过窄的问题,提出了一种基于非均匀棱镜阵列的集成成像视角增强方法,将透镜阵列再现光场向透镜阵列光轴偏转,消除单元通道再现区域之间的错位,提高了集成成像显示视角。基于同心光学设计思想,提出了一种基于同心透镜阵列的显示视角提升技术,讨论了同心透镜阵列的像差特性,分析了其宽视角特性,推导了同心透镜阵列的离焦特性,确定了同心透镜阵列的占空比要求,计算仿真实验表明,基于同心透镜阵列的集成成像显示视角可以达到80°。针对集成成像显示分辨率、视角与景深相互制约的问题,本文提出了一种孔径可调谐集成成像分辨率提升方法,使用透射式液晶动态调制透镜阵列的通光孔径,从而提高集成成像的空间采样率,利用人眼视觉暂留效应,提高了再现显示分辨率。实验结果表明,相比传统集成成像,基于2×2透镜阵列孔径动态调谐模式的集成成像显示分辨率可提升一倍左右。针对集成成像最佳再现视区固定的问题,基于透镜阵列空间分光原理,提出一种可调谐定向背光集成成像显示方法,分析了定向背光的空间视区分布及其视角提升特性,推导了无串扰设计模型,解决了集成成像再现视区固定的问题,消除了再现图像跳变效应,结合时分复用技术,可有效提升集成成像显示视角。