全息显示能够提供几乎等同于真实世界的三维图像,能充分地传递人类感知三维物体的所有深度刺激,将是三维成像和显示的终极目标。一个视频成像系统包括若干功能性部分,包括获取、压缩、传输和显示等。其中,获取是非常重要的一步。与传统光全息术中采用光干涉方法相比,面向数字全息的计算产生全息图的方法显然具备对环境要求低、灵活性高、可以对物光波的数学描述进行直接编码等优点。但是,三维衍射场的计算涉及信号处理和光学理论等基础性问题,仍然面临诸多挑战,探寻降低三维衍射场计算复杂度的方法以及探讨相应的离散化准则仍是目前的研究热点。计算全息涵盖极其丰富的信号处理问题,例如,Fresnel核既不是带限也不是空间有限的,但它仍然能从它们有限的采样中恢复完整的Fresnel衍射场。根据Wigner分布分析,信号的相干编码比非相干编码情况下包含更多重构所需的主要信息。因此,一方面为了产生生动真实的三维图像,应该计算标量衍射形式二项级数展开的Fresnel(而不是远场Fraunhofer)全息图,导致产生的高空间带宽积和二项级数的复波衍射场给计算全息造成巨大的挑战,另一方面相干的Fresnel衍射场具有一些性质可以用作加速计算方法的基础。计算三维衍射场的方法有很多,本文以点云方法为基础,对Fresnel衍射场的加速计算方法进行进一步探究。首先,通过探究衍射场的采样问题并结合菲涅耳衍射传播在传播方向的可逆性给出一种间接计算方法;其次,通过对查找表方法的研究并结合Gabor波带片或Gabor透镜的条纹图案具有的空间对称性,对原有查找表方法进行改进进而提高计算效率。论文的主要研究内容与创新情况如下:(1)根据点云算法的采样标准并结合菲涅尔传播的可逆性给出双步计算方法,使用该方法可以独立设定源场景与全息面的采样间距。在实际计算过程中根据需要对全息面与源场景设定不同的采样间距,从而在保证人眼观察效果的前提下,有效增大源场景采样间距,减少点云数量,提高计算效率。(2)在新型查找表方法的基础上进行改进,提出一种计算主要条纹图案的新方法,新型查找表方法计算主要条纹图案的过程中,一般设定为同轴全息计算,且样本点与全息面的中心位置都在z轴,通过与全息图的对称性结合,则每次计算时只需计算一个对称区域的全息图,其它位置可以根据对称性直接获取。此方法可大大减少主要条纹图案计算过程中的重复计算,从而进一步提高效率。