全息三维显示是一种能够真实完整再现三维场景信息的三维显示技术,受到越来越多的关注。计算全息是计算机技术与全息术相结合的产物,相比于传统的光学全息,具有低成本、全息图制作简单、可实现虚拟及真实场景的三维显示、方便数据存储和传输等特点,具有重要的应用前景和研究意义。计算全息三维显示包括动态全息三维显示和静态大尺寸高分辨率全息三维显示两个方面。动态全息三维显示主要使用空间光调制器作为显示器件,目前空间光调制器的分辨率低,像素尺寸大,很难满足三维显示的实用性要求。大尺寸高分辨率全息显示方面,全息输出设备的发展,促进了大尺寸高分辨率全息图的商业应用,如使用计算彩色彩虹全息的全息包装等。大尺寸高分辨率的全息显示,面临着巨大的数据量和计算量,如何以新的算法和理论,快速的实现大尺寸高分辨率全息图的计算和显示系统设计是亟待解决的问题。本文针对大尺寸高分辨率的全息图计算和显示方法问题进行展开,包含以下三方面内容:1,大尺寸高分辨率计算机制合成全息使用三维物体不同视角的投影图像,分别计算其频谱并在频域内拼接形成大尺寸高分辨率全息图的物光频谱,根据全息图物光频谱的稀疏特征,对有效的频谱区域首先进行一维行方向傅里叶逆变换,再对变换后数据进行一维列方向傅里叶变换,取实部并归一化得到合成全息图。采用该算法减少了计算量,全息图的计算仅仅使用快速傅里叶变换和逆变换,减少大尺寸高分辨率合成全息的计算时间。分别研究了合成全视差像面全息、合成彩色彩虹全息和合成半周视彩色彩虹全息。对每一种合成全息的基本原理和计算方法进行了分析,采用matlab编程并行计算,得到三种全息图,并采用浙江师范大学信息光学研究所自行研制的全息图输出系统进行输出,给出光学再现结果。最后对所提出的算法中计算误差和全息再现的像点尺寸进行了理论分析,指出当物体景深在一定范围内时,所提出的算法计算的全息图再现的三维像能够满足人眼的观看需求,由计算所引起的误差可忽略。2,波前记录平面WRP(Wave-front Recording Plane)与频域拼接相结合实现彩色彩虹全息图真三维显示使用波前记录平面记录彩色三维模型的不同视角下不同颜色通道波前信息,进行二维傅里叶变换,在频域内进行坐标变换和插值,得到全局频域坐标系下的物光局部频谱,进行频域拼接得到计算彩色彩虹全息图的物光频谱分布,对有效的频谱区域首先进行一维行方向傅里叶逆变换,再对变换后数据进行一维列方向傅里叶逆变换,取实部并归一化得到计算机制彩色彩虹全息图。实现彩色彩虹全息真三维显示,给出了光学实验和理论分析。3,时空扩展光源照明的空间取样菲涅尔全息彩色三维显示研究了全息图的信息量,在保证全息图再现像质量满足人眼观看要求的情况下,通过空间取样来减少信息冗余,从而减少全息图的计算量和计算时间。研究了空间取样菲涅尔全息图再现像的特点,并介绍了空间取样菲涅尔全息图再现时消除栅栏效应的四种方法,给出了空间取样彩色菲涅尔全息图设计方法和颜色匹配方法,设计了一套使用时空扩展的三色LED光源作为照明光的彩色光栅成像系统,在该成像系统的成像平面,形成彩色光栅结构,所设计的空间取样彩色菲涅尔全息图放置于该成像平面,并进行精准对位,实现了大尺寸高分辨率全视差空间取样彩色菲涅尔全息三维显示。对不同参数条件下的再现像情况进行实验验证和理论分析,给出了改善全息三维再现像质量的方法。本论文的研究结果,在大尺寸高分辨率全息图的计算和显示方面有一定的应用价值。本文的研究内容虽针对静态全息显示方面,但其基本算法、系统参数选择和显示方案等内容对未来大尺寸高分辨率动态全息显示仍有一定的潜在指导意义。