视觉是人类认知世界的主要途径,在观察世界的过程中,人类视觉系统一直以三维(3D)的方式感知世界,自然的分析和认知3D世界的信息。作为当前最主要显示手段的传统二维(2D)平面显示技术已经无法满足当今社会对于三维(3D)数据与深度信息的展示需求。符合人眼认知习惯的真三维光显示能够真实的再现客观世界的场景,增强表达内容的真实性,目前在各个行业领域都有着急切的需求。真三维显示技术能够真实的还原真实场景的信息包括深度、色彩以及对比度等,向观看者展示接近真实场景的立体画面,符合人们观察真实世界的感受,充分满足生理和心理的深度线索暗示,获得更完备的生理和心理的三维感知信息。具有真三维、大尺寸、真彩色、动态特性的光场显示技术是当前真三维显示技术重要的实现技术之一,它是当前研究的热点。在光场显示中,存在一个较大、亟待解决的问题,是高分辨率、视场角和景深相互制约的问题。要增大视场角,势必会导致分辨率的降低,无法满足桌面式光场显示的需求。因此,针对上述问题,本文在保证高分辨率的情况下,对可以增大光场显示视角的关键技术进行研究。论文的主要研究内容和创新点如下:(1)基于分段追踪的大视角桌面式光场显示实现方法研究要点1:集成成像光场显示中,增大观看视角通常是以减小重建三维光场的空间分辨率或者减小显示的景深为代价。而且受限于光学透镜像差的影响,通常的集成成像显示系统随视角变大过程中图像质量下降很快。针对上述两种情况,文章中提出了一种新型的集成成像光场显示实现结构。通过引入具有方向扩散作用的全息功能屏实现空间光线的复用,提高了显示系统的空间分辨率;通过设计纠正像差的组合透镜代替单透镜,保证了显示系统在较大的视角范围内具有较高的成像质量。研究要点2:解决集成成像图像采集和再现过程中的深度翻转问题,通常的方式是进行两次采集。该问题可以通过视差图像进行光场编码快速解决。为保证集成成像再现过程中的分辨率,视差图像序列通常需要具有较高的分辨率,针对超多视点(本项目:83×83)光场显示设备的图像渲染任务繁重,耗费时间。为了解决此问题,论文研究了基于反向光线追迹的光场编码图像渲染方法。研究要点3:提出基于分段追踪的大视角光场显示策略,在不降低显示系统空间分辨率和景深的情况下,高效的对一定范围内的观看者进行分段追踪,提供大视角的光场三维视觉体验。(2)基于正交偏振调制的大视角光场显示系统研究要点4:集成成像光场显示中,基元图像一般会通过对应的以及相邻的透镜单元进行出射,在空间中形成重复的观看视区。文章中以此为出发点,通过利用正交偏振调制的原理,实现了同一基元图像位置向相邻的两个透镜单元投射不同合成内容的目的。为基元图像加载两个连续视区的合成内容,可以实现相邻两个视区显示连续3D内容的目的,从而使显示的视区宽度提高一倍,提升了光场显示的视觉体验。基于此项理论,文章中实现了基于LCD的动态偏振大视角光场显示系统,并设计了基于投影的正交偏振大视角光场显示方法实现方法。